一种舱内爆炸下舱室结构毁伤变形计算方法技术

本发明专利技术公开了一种舱内爆炸下舱室结构毁伤变形计算方法，涉及舰船毁伤和防护技术领域，该方法包括：计算冲击波载荷在爆炸当舱各舱壁结构形成的局部破损面积；计算爆炸当舱的准静态压力载荷；基于能量法，计算两种载荷耦合作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度；确定爆炸当舱各舱壁结构的破坏程度，若出现舱壁结构的整体破坏，则计算与当舱相邻的破损舱室的准静态压力载荷，并计算准静态压力载荷作用下破损舱室各舱壁结构的整体变形最大挠度；重新执行确定破损舱室各舱壁结构的破坏程度，直至得到所有舱室的变形毁伤状况。该方法综合考虑内爆下两种载荷对舱室结构的耦合加载作用，可对舱内爆炸下舱室结构的毁伤变形状况进行快速精准评估。形状况进行快速精准评估。形状况进行快速精准评估。

【技术实现步骤摘要】
一种舱内爆炸下舱室结构毁伤变形计算方法


[0001]本专利技术涉及舰船毁伤和防护
，尤其是一种舱内爆炸下舱室结构毁伤变形计算方法。

技术介绍

[0002]半穿甲反舰导弹依靠动能侵彻进入舰船内部爆炸，形成的多种复合载荷可对舰船结构及设备耦合毁伤，是当前水面舰船面临的主要威胁。与敞开环境相比，舱室内爆可对舰船结构的毁伤更为复杂，破坏效应更为明显。一方面舱室内爆过程中形成的载荷种类众多，既包含瞬态的强冲击载荷及壁面反射载荷，又包括由爆轰产物膨胀及后续燃烧引起的准静态压力载荷，各载荷频率成分存在较大差异，致使舱室内爆下舰船结构的破坏过程更为复杂，既存在各载荷的耦合施加效应，又有结构各破坏模式间的演变和转换。另一方面舱室结构的损伤变形又会进一步影响载荷，结构的损伤变形与载荷存在很强的耦合关系。如何评估舱内爆炸下舱室结构的毁伤变形计算是当前一大难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种舱内爆炸下舱室结构毁伤变形计算方法，解决了当前阶段舱室内爆下舱室结构毁伤变形计算的大难题，为舰船结构抗空中武器的防护设计提供重要支撑。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种舱内爆炸下舱室结构毁伤变形计算方法，包括如下步骤：
[0006]计算冲击波载荷在爆炸当舱各舱壁结构形成的局部破损面积；
[0007]根据局部破损面积计算爆炸当舱的准静态压力载荷；
[0008]基于能量法，分别计算冲击波载荷、准静态压力载荷作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度；
[0009]根据整体变形最大挠度确定爆炸当舱各舱壁结构的破坏程度；
[0010]若出现爆炸当舱舱壁结构的整体破坏，则计算与爆炸当舱相邻的破损舱室的准静态压力载荷，并基于能量法，计算准静态压力载荷作用下破损舱室各舱壁结构的整体变形最大挠度；
[0011]重新执行根据整体变形最大挠度确定破损舱室各舱壁结构的破坏程度，直至得到所有舱室的变形毁伤状况。
[0012]其进一步的技术方案为，计算冲击波载荷作用在爆炸当舱各舱壁结构的局部破损面积，包括：
[0013]计算冲击波载荷作用在爆炸当舱各舱壁结构板格的能量，舱壁结构板格为纵横强加筋围成的闭合区域；
[0014]根据能量确定各舱壁结构板格的破坏程度；
[0015]若舱壁结构板格出现撕裂，则将该舱壁结构板格的面积视为破损面积，汇总各舱
壁结构的板格面积得到爆炸当舱各舱壁结构的局部破损面积；
[0016]若舱壁结构板格未出现撕裂，则舱壁结构的局部破损面积为零。
[0017]其进一步的技术方案为，根据局部破损面积计算爆炸当舱的准静态压力载荷，表达式为：
[0018][0019]其中，P
qs
为爆炸当舱的准静态压力载荷，V1为爆炸当舱体积，V
n
为爆炸当舱及与其相邻的破损舱室的体积和，r0为药包等效球半径，r1为局部破损面积的等效半径；
[0020]在计算与爆炸当舱相邻的破损舱室的准静态压力载荷的方法中，需将计算爆炸当舱的准静态压力载荷表达式中的爆炸当舱相关参数更新为破损舱室相关参数，其余参数不变。
[0021]其进一步的技术方案为，基于能量法，计算冲击波载荷作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度，表达式为：
[0022][0023][0024]联立两式，求解冲击波载荷作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度，记为w1；
[0025]式中，E
k
为冲击波载荷作用在爆炸当舱各舱壁结构的初始动能，m为药包质量，ρ为舱壁材料密度，h为舱壁结构厚度，(x,y)为舱壁结构上的测点位置，(x
i
,y
i
)为舱壁结构上的加筋位置，σ
d
为舱壁材料动态屈服强度，a为舱壁结构长边的一半、b为舱壁结构短边的一半，A
xi
、A
yi
分别为横向加筋、纵向加筋的截面积，M
xi
、M
yi
分别为横向加筋、纵向加筋的极限弯矩。
[0026]其进一步的技术方案为，基于能量法，计算准静态压力载荷作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度，表达式为：
[0027][0028][0029]联立两式，求解准静态压力载荷作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度，记为w2；
[0030]式中，W为准静态压力载荷做的功，P
qs
为爆炸当舱的准静态压力载荷，h为舱壁结构厚度，(x,y)为舱壁结构上的测点位置，(x
i
,y
i
)为舱壁结构上的加筋位置，σ
d
为舱壁材料动
态屈服强度，a为舱壁结构长边的一半、b为舱壁结构短边的一半，A
xi
、A
yi
分别为横向加筋、纵向加筋的截面积，M
xi
、M
yi
分别为横向加筋、纵向加筋的极限弯矩；
[0031]在基于能量法，计算准静态压力载荷作用下破损舱室各舱壁结构的整体变形最大挠度的方法中，需将计算爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度表达式中的爆炸当舱相关参数更新为破损舱室相关参数，其余参数不变。
[0032]其进一步的技术方案为，根据整体变形最大挠度确定爆炸当舱各舱壁结构的破坏程度，包括，对于每个舱壁结构：
[0033]将爆炸当舱舱壁结构的整体变形最大挠度进行叠加，表示为：w＝w1+w2；
[0034]当叠加后的整体变形最大挠度总和超过舱壁结构短边跨距的20％时，视为该爆炸当舱舱壁结构发生整体破坏，否则视为未发生整体破坏；
[0035]其中，w1为冲击波载荷作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度，w2为准静态压力载荷作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度；
[0036]在根据整体变形最大挠度确定破损舱室各舱壁结构的破坏程度的方法中，需将确定爆炸当舱各舱壁结构的破坏程度方法中的爆炸当舱更新为破损舱室，其余均与该方法相同。
[0037]其进一步的技术方案为，计算冲击波载荷作用在爆炸当舱各舱壁结构板格的能量，包括：
[0038]计算冲击波载荷作用在爆炸当舱各舱壁结构板格的初始动能，表达式为：
[0039][0040]计算冲击波载荷作用在爆炸当舱各舱壁结构板格的极限吸能，表达式为：
[0041][0042]其中，m为药包质量，ρ为舱壁材料密度，h1为舱壁结构板格等效厚度，(x,y)为舱壁结构板格上的测点位置，σ
d
为舱壁材料动态屈服强度，a1为舱壁结构板格长边的一半、b1为舱壁结构板格短边的一半。
[0043]其进一步的技术方案为，根据能量确定各舱壁结构板格的破坏程度，包括：
[0044]比较每个舱壁结构板格在冲击波载荷作用下的初始动能与极限吸能，若E
k1
>E
g1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种舱内爆炸下舱室结构毁伤变形计算方法，其特征在于，所述方法包括：计算冲击波载荷在爆炸当舱各舱壁结构形成的局部破损面积；根据所述局部破损面积计算爆炸当舱的准静态压力载荷；基于能量法，分别计算冲击波载荷、准静态压力载荷作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度；根据所述整体变形最大挠度确定爆炸当舱各舱壁结构的破坏程度；若出现爆炸当舱舱壁结构的整体破坏，则计算与爆炸当舱相邻的破损舱室的准静态压力载荷，并基于能量法，计算准静态压力载荷作用下破损舱室各舱壁结构的整体变形最大挠度；重新执行根据所述整体变形最大挠度确定破损舱室各舱壁结构的破坏程度，直至得到所有舱室的变形毁伤状况。2.根据权利要求1所述的舱内爆炸下舱室结构毁伤变形计算方法，其特征在于，所述计算冲击波载荷作用在爆炸当舱各舱壁结构的局部破损面积，包括：计算冲击波载荷作用在爆炸当舱各舱壁结构板格的能量，所述舱壁结构板格为纵横强加筋围成的闭合区域；根据所述能量确定各舱壁结构板格的破坏程度；若舱壁结构板格出现撕裂，则将该舱壁结构板格的面积视为破损面积，汇总各舱壁结构的板格面积得到爆炸当舱各舱壁结构的局部破损面积；若舱壁结构板格未出现撕裂，则舱壁结构的局部破损面积为零。3.根据权利要求1所述的舱内爆炸下舱室结构毁伤变形计算方法，其特征在于，所述根据所述局部破损面积计算爆炸当舱的准静态压力载荷，表达式为：其中，P
qs
为爆炸当舱的准静态压力载荷，V1为爆炸当舱体积，V
n
为爆炸当舱及与其相邻的破损舱室的体积和，r0为药包等效球半径，r1为局部破损面积的等效半径；在所述计算与爆炸当舱相邻的破损舱室的准静态压力载荷的方法中，需将计算爆炸当舱的准静态压力载荷表达式中的爆炸当舱相关参数更新为破损舱室相关参数，其余参数不变。4.根据权利要求1所述的舱内爆炸下舱室结构毁伤变形计算方法，其特征在于，基于能量法，计算冲击波载荷作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度，表达式为：量法，计算冲击波载荷作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度，表达式为：联立两式，求解冲击波载荷作用下爆炸当舱各舱壁结构的整体变形最大挠度，记为w1；式中，E
k
为冲击波载荷作用在爆炸当舱各舱壁结构的初始动能，m为药包质量，ρ为舱壁
材料密度，h为舱壁结构厚度，(x,y)为舱壁结构上的测点位置，(x
i
,y
i
)为舱壁结构上的加筋位置，σ
d
为舱壁材料动态屈服强度，a为舱壁结构长边的一半、b为舱壁结构短边的一半，A
xi
、A
yi
分别为横向加筋、纵向加筋的截面积，M
xi
、M
yi
分别为横向加筋、纵向加筋的极限弯矩。5.根据权利要求1所述的舱内爆炸下舱室结构毁伤变形计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍星星，刘建湖，张伦平，王海坤，邹浩阳，杲涛，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：