水下爆炸特征分析 6.4.1水下爆炸试验特征分析 6.4.1.1水下爆炸试验背景 水下爆炸试验工程是指以确保完成水下爆炸试验任务为根本目的，为发展水下爆炸试验技术、具备水下爆炸试验能力而进行的科学技术研究活动。水下爆炸试验工程不能等同于实船爆炸试验任务。实船爆炸试验是水下爆炸试验工程的中心内容，也是检验水下爆炸工程的唯一标准，而水下爆炸工程既包含了实船爆炸试验，也包含了与实船爆炸试验相关的其他许多科学技术活动。水下爆炸试验工程是研究为达到不同试验目的的最佳试验方式，研究冲击响应测量的理论、技术和方法，研究兵器和舰艇在水下爆炸作用下的仿真与评估理论、技术和方法，研究涉及多单位、多学科且周期长、耗资大的试验工程理论、方法和技术。 6.4.1.2水下爆炸试验工程系统 水下爆炸试验工程是一项系统工程，它包含了许多子系统，这些子系统间既相互联系又相互制约。为了从总体上把握系统间互相联系、互相制约的要素及变化，首先应该研究该系统的结构和相互关系，充分利用和挖掘系统潜力，才能更好地完成水下爆炸试验。
6.4.1.2.1统结构及其相互关系 水下爆炸试验工程系统是一个集中控制的多层次结构，如下图所示。每个子系统又由若于更低层次的子系统组成，以此类推。一个子系统的功能是由其所属的下级子系统的功能共同实现的。这里所说“共同实现"的关系，可能是互相独立的“并联" 关系，也可能是互相依赖的“串联"关系。例如舰船冲击响应测量包括加速度测量、应变测量、速度测量等子系统，各子系统是“并联"关系，而组成每一参数测量子系统的传感器、信号调理模块和数据处理模块则为串联关系。 图4-1 海上爆炸试验工程系统功能结构 6.4.1.2.2系统功能结构关系 水下爆炸试验工程系统功能结构见图4-1。它是一个集科学、技术、工程为一体的系统。所谓系统功能结构是从技术层次上分析研究进行爆炸试验所必需的结构。从功能上说每个子系统至少完成一个确定的技术目标。由于每次爆炸试验的目的、规模、要求、试验方式各不相同，各级子系统与其所属下级子系统所需的
水下爆炸冲击波的传播特性试验研究 水下爆炸对构筑物的破坏主要表现为冲击波和气泡脉动效应。一般而言,气泡脉动通常起附加破坏作用,而冲击波起决定性作用。水下爆炸冲击波的传播规律及其动力效应是水利水电工程、航运工程和爆破工程等领域关注的一个重要问题,直接关系到水下设施的安全和容器状构筑物爆破拆除参数的合理选取,因而具有重要的工程价值和理论意义。本文以水下爆炸冲击波效应为研究契机,在有限的钢板水箱水域内开展了水冲击波试验研究。 首先,通过现场试爆及其现象分析,得出了药包布置原则；其次,利用高速摄影技术再现了水下爆炸冲击波波阵面的动态传播过程,并得出波阵面传播速度及其传播规律；根据水冲击波波阵面传播速度,得出不同距离处的峰值压力,并对水冲击波峰值压力、传播距离及药量关系进行分析,从而得出了小药量水下爆炸冲击波压力计算经验公式。最后,选取水压爆破拆除工程实例,对试验结果进行验证,说明了药包布置原则的合理性、实用性。主要得出以下结论：(1)利用高速摄影技术来观测水下爆炸冲击波的传播过程及测试其峰值压力是切实可行的；(2)试验条件一定,水下爆炸冲击波波阵面传播速度从零急剧上升到某一值,随后以波动形式迅速衰减,最终趋向于某一稳定值；(3)相同试验条件下,药量越大,水冲击波波阵面传播速度上升及衰减越快,且二次波峰值压力越大：(4)根据冲击波波阵面水动力学量之间的关系,得出水下爆炸冲击波波阵面传播速度所对应的峰值压力,并对其峰值压力、传播距离及药量进行分析,从而得出了小药量水下爆炸冲击波峰值压力计算经验公式,即当比例半径r/r0>5.649 时,Pm=105.472(Q1/3/R)1.65；(5)在水压爆破工程中,对于开口式容器状构筑物,为提高炸药能量利用率,降低其能量损耗,则要求药包的入水深度h至少要大于容器内壁到爆心的距离R,即h>R；(6)药包布置位置要尽可能使冲击波波阵面同一时刻达到容器状构筑物侧壁,使容器状构筑物受力均匀为原则；(7)为减少自由水面卸载所造成的能量损失,条件适合时可在开口式容器状构筑物中注满水并对顶部做封闭措施。
工业炸药水下爆炸能量测试方法 编制说明 （征求意见稿） 2018年12月
工业炸药水下爆炸能量测试方法 一、工作简况 （一）任务来源 工业和信息化部安全生产司于2010年向国家民用爆破器材质量监督检验中心下达了“工业炸药水下爆炸能量测试方法”的研究任务， 2012年6月该项目通过了工信部安全生产司组织的项目评审。2015年课题组编制工业炸药水下爆炸能量测试方法行业标准项目建议书并通过评审，2016年11月正式与中国爆破器材行业协会签订民用爆炸物品行业标准制（修）订合同书，承担的国家标准制修订项目《工业炸药水下爆炸能量测试方法》计划号为：20151662-T-339。 （二）工作概况 南京理工大学南京理工大学接到制订任务后，成立了标准制订小组。本标准制订主要由南京理工大学为主负责，参编单位有：四川雅化实业集团股份有限公司、贵州久联民爆器材发展股份有限公司、湖南南岭民用爆破器材股份有限公司、石家庄成功机电有限公司、西安近代化学研究所。 编制组成员具体分工见表1。 表1 参编单位及分工协作表 本项目工作情况如下：
（1）2010年10月-12月，确定了项目研究的基本内容，制定了研究大纲； （2）2011年1月~6月，完成了炸药水下爆炸能量测试的方法研究和校准； （3）2011年8月~9月，形成了工业炸药水下爆炸能量测试方法的研究总结，并于2012年6月通过了工信部安全生产司组织的项目评审； （4）2015年编制工业炸药水下爆炸能量测试方法行业标准项目建议书并通过评审，并于2016年11月正式签订民用爆炸物品行业标准制（修）订合同书。 （5）2016年11月到2017年11月成立标准编制组，选取了乳化炸药、膨化硝铵炸药、粉状硝铵炸药和粉状乳化炸药等常见工业炸药，进行了水下爆炸能量测试方法的研究，结合2011年的研究情况，编制组对炸药试样制备方式进行了改进，统一了散装炸药和包装工业炸药的测试方法。 （6）2017年12月完成工业炸药水下爆炸能量测试方法的标准送审稿。 二、编制原则和主要内容 （一）编制原则 目前国内对炸药作功能力测试方法主要采用铅壔法，铅壔法通过测量炸药在铅壔法中爆炸后的扩孔值来定性表征炸药的作功能力，但铅壔法的测试结果受铅的质量、铅壔制造工艺等因素的影响较大，且还造成铅污染（部分铅在炸药爆炸过程中进入空气），对试验人员健康产生影响。 水下爆炸法就克服了上述影响，水下爆炸法主要测量炸药在水中爆炸后产生的气泡能和冲击波能，能够比较直观地给出炸药的作功能量，且随着水下爆炸试验测试技术的发展，越来越多的国家开始研究采用水下爆炸法测试工业炸药能量来替代作功能力试验，尤其是国外发达国家更是走在前列。 该标准是以有关的水下爆炸测试的基础理论为依据，在分析研究国内外在水下爆炸测试方法的研究基础上，重点研究了试验条件（试验深度、测点位置和药量）对水下爆炸试验结果的影响，确定了水下爆炸最优的试验条件，形成了水下爆炸试验测试方法。本标准规定了用水下爆炸法测量工业炸药作功能力方法。 1.先进性 该测试方法采用水做介质进行炸药作功能力的测试，样本使用量大，测试数据与铅壔法相比更加实用、准确，所测数据可以直接应用于爆破设计。
万方数据
?３８?哈尔滨工程大学学报第２７卷 限元动力分析软件（例如ＡＢＡＱＵＳ、ＬＳ—ＤＹＮＡ、ＭｓＣ／ＤＹＴ础Ｎ等），这使得有限元仿真成为计算舰船冲击响应的切实可行的办法．ＬＳ—ＤＹＮＡ和ＤＹＴ砘气Ｎ在分析舰船水下爆炸过程中均采用√蛆点算法，而ＡＢＡＱＵＳ采用声固耦合方法．ｍ正算法用状态方程描述流体和炸药，通过欧拉单元计算冲击波的传播过程；而声固耦合算法采用一种声学介质来描述流体，冲击波在声学单元中传播．国内用ＡＩ点算法研究水下爆炸的文献比较多［１ｑＪ，文中采用声固耦合方法模拟舰船水下爆炸． １水下爆炸特点 首先简单的介绍一下水下爆炸气泡的形成，水下爆炸一般呈现２个阶段，冲击波阶段和气泡脉动阶段［４］．在冲击波阶段，冲击波波头具有突跃的特点，幅值迅速达到最大，突越后紧接着近似于按指数规律衰减，衰减持续时间不超过数毫秒；当冲击波过后，水下爆炸进入气泡脉动阶段，爆炸的气体生成物（气泡）由于惯性的作用，以逐渐衰减的速度继续膨胀，气泡内压力不断减少直到小于环境压力．当气泡半径达到最大时，此时气泡内部压力最小，气泡开始收缩．由于此时环境比气泡内部压力大得多，气泡半径迅速缩至最小，随后气泡又开始膨胀，向外流场辐射二次压力波．在气泡半径第二次达到最大时，气泡又开始收缩．同样的膨胀收缩重复好几次．在气泡脉动期间，由于浮力的作用下气泡不断往上升，当气泡到达自由表面时气泡破灭，形成水冢．在冲击波阶段，水下爆炸容易造成舰船结构局部板的严重破损；在气泡脉动阶段，水下爆炸容易使船体产生振荡，从而造成严重的总体结构破损．并且，气泡脉动的周期、最大半径与药包的爆心和装药量有一定的关系． ２爆炸载荷作用下舰船的总体响应文中以某Ｉ型水面舰船为例分析舰船在爆炸载荷（包括冲击波载荷和气泡脉动载荷）作用下舰船的响应．计算的坐标系统为：原点为中纵剖面、中横剖面和基线的交点，ｚ轴正向指向船首方向，Ｙ轴正向指向左舷方向，ｚ轴正向为铅直向上，其有限元模型如图１所示． 鉴于仿真计算的实船模型节点个数达到了数十万个，要想将气泡作用的响应现象计算出来，至少在时间步上设置为１Ｓ，这样的计算量是极其巨大的，在目前的硬件条件下难以实现．于是将船体简化为一个箱形梁，内部设３层甲板，３个纵壁，３个横壁，通过调节各板厚，根据结构动力学相似原理，使得该箱形梁一阶垂向总振动频率与实船保持一致，均为１．１ＦＩｚ．所建立的箱型梁有限元模型如图２所示． 图１Ｉ型舰实船有限元模型 Ｆｉｇ．１Ｍｅｓｈｉｎｇｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌｏｆ１ｗａｒｓｈｉｐ 图２箱型梁有限兀模型 Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈｉｎｇｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｉｍｐｌｅｍｏｄｅｌｏｆ１ｗａｒｓｈｉｐ ２．１水下爆炸威力与气泡脉动频率之间的关系众所周知，当激励力频率与结构的固有频率接近时，就会引起结构共振，此时结构的破坏最为严重．通过公式Ｔ：２．１１罢芸ｂ３（ｗ为药包的装药量，ｋｇ；Ｚ。为药包与自由液面的垂直距离）可以估算出炸药爆炸后形成的气泡脉动周期．为了研究不同药包在不同水深爆炸时形成气泡脉动载荷对船体总纵强度的影响，假设一系列工况，药包均设置在船体的中下方，以考核该舰中横剖面的应力变化．定义： 口＝了Ｊ０，（１１ Ｊ１ 卢＝丁．Ｄ１，（２） ∑ｓｉ ｓｍ２｝?（３）式中：＾为气泡脉动压力的频率，＾舰船一阶垂向 固有频率，ｓ，为仅冲击波载荷作用下舰船中横剖面 万方数据
For personal use only in study and research; not for commercial use 爆炸过程 水下爆炸过程大体可分为炸药爆轰、冲击波的形成和传播、气球的振荡和上浮等三个阶段： ①炸药爆轰 首先，爆源发生爆轰，并释放大量能量，形成高温高压的爆炸产物。核爆炸或电爆炸的情况略为特殊，爆炸产物的质量极小，爆炸能量以辐射加热方式使附近的水汽化而形成高温高压的水蒸气球。 ②冲击波的形成和传播 高压气球的膨胀受到周围水的阻碍，于是，在水中形成向外传播的冲击波，同时在气球中则反向传播一族稀疏波（即膨胀波，在强调压力变化时常用此称）。稀疏波造成气体的过度膨胀，从而在稀疏波的尾部形成一个向爆心运动而强度渐增的第二冲击波，它在爆心反射并向外传播追赶前面的主冲击波。于是，主冲击波（第二冲击波随后）在水中向外扩展，所到处对水突然加压，使水加速运动。在传播过程中冲击波波幅不断减弱，波形不断展宽，最后衰变为声波。实验表明，化学炸药爆炸能量中大约有一半是以冲击波形式传递出去的。 离爆源不同距离处压力随时间变化的关系称为冲击波的压力波形，通常用晶体测压探头进行测量。图1 ③气球的振荡和上浮 高压气球先是膨胀，膨胀速度远比冲击波速度慢，当气球压力降到等于水面上的大气压力时，因存在水的惯性运动，气球继续膨胀，压力继续下降，至某一时刻，气球停止膨胀。气球在水的反压作用下开始收缩,压力重新上升,气球向水中发出幅度不大而持续时间较长的压力波,称为二次压力脉冲,它对附近的薄壳结构也具有较大的破坏作用。以后，气球不断胀缩振荡,气-水系统的能量不断消耗于湍流摩擦。在振荡运动的同时，气球在水的浮力作用下，伴随发生上浮运动,最后逸出水面。图2[气球半径、气球中心位置和顶部位置随无量 冲击波传播规律 和大多数爆炸现象（包括空中爆炸、岩土爆破）一样，品种和装药密度相同的炸药包在水下爆炸时产生的冲击波效应遵循几何相似的规律，无论从实验或从量纲分析的方法都可证明这一点。据此，可以显著缩小实验的规模，在实验室内模拟冲击波的产生、衰变和对结构的作用，以代替大湖、大海中的现场实验。只要选定某一特征尺寸（如药包的直径或某一特定长度），则在小型实验和现场实验之间就存在下述对应关系：只要保证药包 的几何形状相似，在几何相似的相应位置上冲击波的峰压[kg2]相等，而时间常数[kg2]和 特征尺寸成正比。实测结果可整理为下列无量纲形式： [442-01]式中为药量(千克)；为离爆心距离（米）； 、为有量纲常数；、[kg2]为无量纲常数[kg2]附表[几种球形药包的常数 对于不同的炸药或不同的装药密度，上述经验公式的常数、、 、[kg2]取不同的数值。 1963年，..赫里斯托福罗夫总结大量炸药的实验结果，发现可以得到适用范围更广的某种能量相似律。引入表征相对爆炸能量的无量纲量： [442-02]式中为单位质量炸药的爆热；[kg2]分别为药包的质 量和半径；、[kg2]分别为水的初始密度和声速。这样,可以把无量纲的冲击波峰压 [442-03]和冲量[442-04]等实验数据表示为单一无量纲量
!第"#卷!第"期爆炸与冲击$%&’"#，(%’"! !"))#年*月+,-./01/(2(304/5672$+089:;<，"))#! 文章编号：=))=>=#??（"))#）)">)=@">)A 水下爆炸冲击波的数值模拟研究! 张振华，朱!锡，白雪飞 （海军工程大学船舶与海洋工程系，湖北武汉#*))**） !!摘要：应用商业有限元程序805’3BCD2(数值模拟了球形药包在无限水域中爆炸产生的冲击波。通过 和经验公式计算结果的比较，证明采用合理的计算参数和有限元模型能够较好地模拟水下爆炸冲击波的传 播过程。通过调整水的状态方程参数，达到了提升冲击波峰值应力的效果，从而有效地降低了单元数量和计 算时间。 !!关键词：爆炸力学；水下爆炸；数值模拟；冲击波；805’3BCD2( !!中图分类号：/*@"’=；EFA#’A)*!!!国标学科代码：=*)?*?")!!!文献标志码：2 !"引"言 !!对水下爆炸冲击波的研究一直是舰船抗爆防护的重点，然而由于其复杂性，该领域一直主要以实验研究为主［=G#］。近年来随着计算机技术和计算理论的快速发展，使得人们可以通过数值模拟的方法对水下爆炸的各种现象进行预报。世界上相继开发了一些大型商业有限元程序（如(20CD2(、231(2、3B(2*3、2062、3BCD2(等），其中不少程序，尤其是805’3BCD2(取得了较为广泛的应用。该软件具有流体>结构相互作用的不同的描述方式，流体可以用+H&I:J9K单元描述，固体则采用.9L:9KLI单元模拟。美国、日本和意大利都曾考核了计算软件模拟水下爆炸的可行性，认为805’3BCD2(是一种合适的计算分析软件［?］。可见805’3BCD2(代表了当今世界上比较先进的爆炸力学计算程序，同时可以利用商业有限元程序强大的前后处理功能，有可能真实地再现水下爆炸冲击波产生和传播的过程。!!水中爆炸冲击波的数值模拟是进一步研究结构在水下爆炸载荷作用下动态响应的基础。在本文中，探讨了采用805’3BCD2(进行水中爆炸冲击波数值模拟的相关问题，计算结果表明，采用合适的计算参数和有限元模型，能够较好地模拟水中爆炸冲击波的各状态参量。同时研究了网格密度和药包大小对计算结果的影响。最后通过调整计算参数提升冲击波峰值压力，大大减少了水单元数量和计算所需时间，同时分析了这种方法的利弊。 #"水下爆炸冲击波的数值模拟 #$!"欧拉求解器简介 !!805’3BCD2(中包含拉格朗日求解器和欧拉求解器，其中欧拉求解器主要用于流体流动问题的分析以及固体材料发生很大变形的情况。当采用欧拉方法时，节点固定在空间中，由相关节点连接而成的单元仅仅是空间的划分，分析对象的材料在网格中流动，材料的质量、动量和能量从一个单元流向另一个单元。因而对于水中爆炸现象，采用欧拉方法求解要合适一些。805’3BCD2(中的欧拉求解器在空间上的离散采用控制容积法，在时间域上的离散采用显式积分法。采用显式积分法的优点是不需要作矩阵分解，稳定性与积分的时间步长无关。但是对于显式积分法，要保持计算的稳定，积分步长必须小于网格的最小固有周期，即时间步长必须小于应力波跨越网格中最小元素的时间。3BCD2(程 !收稿日期："))*>)?>"F；修回日期："))*>==>"@ !!!作者简介：张振华（=MAF—!），男，博士研究生，讲师。 万方数据
实验七. 水中爆炸冲击波压力测量 一实验名称：水中爆炸冲击波压力测量 二实验目的：练习并掌握用电测法测量水中爆炸冲击波压力。 三实验内容：用冲击大电流通过金属丝产生水中冲击波，用压力传感器检测压力信号，用数字示波器记录某位置的水中 冲击波压力历程。 四实验设备：冲击大电流装置、同步高压脉冲发生器、传感器及适配器、数字示波器 五实验原理 （一）水下爆炸物理过程炸药装药在水下爆炸时，瞬间变成高温高压的爆炸产物，压迫周围的水产生冲击波并迅速向周围传播。炸药放出的能量一部分随冲击波传出，称为冲击波能。剩下的能量留在爆炸产物中，称为气泡能。高压下的爆炸产物迅速向外膨胀形成气泡，气泡膨胀过程中反抗静水压而作功。当气泡膨胀到压力与静水压相等时，因为惯性的作用，膨胀并不停止而作过度膨胀，当膨胀到最大体积时，气泡内的压力降至静水压的1/5~1/10，此后由于外界压力的作用而使气泡收缩，同样因为惯性的原因，当压缩到压力等于静水压后仍继续收缩，直至最小体积时又开始膨胀，同时产生压力波，如此反覆膨胀收缩形成气泡脉动。 （二）对水下爆炸用测压传感器的要求 1，传感器应具有尽量高的频率响应，以便准确地捕捉到压力的迅速变化 一般谐振谐率应不小于250kHz。 2，传感器应有足够的强度和压力测量范围。 3，为了减小因测压传感器的放置而对压力流场产生严重的扰动和畸变，传 感器的体积应尽量小，外形应为流线性。 4，传感器的联接电缆在水中受到强度较大冲击波的作用，由于电缆内、外芯的摩擦将出现静电电荷（即所谓“电缆效应”）这种摩擦电荷是一个相当可观的虚假讯号，因此传感器应有减小电缆效应的有效措施。 5，传感器具有良好的防潮、密封和较好的防腐蚀能力，特别是当传感器的输出讯号是高输出阻抗的讯号。其绝缘电阻一般在1010~1012Ω，受潮后绝缘电阻降低将造成零点飘移。 （三） PCB W138A02型压电传感器性能特点 1，该传感器将一片作为敏感元件的电气石置于盛满硅油的塑胶管中，因而密封、防潮性能良好。同时该传感器是一种体积敏感型传感器，传感器没有方向性，任何方向传来的压力波作用在管壁上都可以被传感器的电气石晶体准确接受，而不需要象其他传感器那样将传感器正对爆心安装。
振动与冲击 第２９卷第３期ＪＯＵＲＮＡｌ．ＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫＶ０１．２９Ｎｏ．３２０１０ 舰艇水下爆炸冲击信号拟合及应用 杜志鹏１，汪玉１，杨洋１，华宏星２，史少华１ （１．海军装备研究院，北京１００１６１；２．上海交通大学，上海２０００３０） 捅要：舰载设备在进行抗水下爆炸冲击设计时首先需要确定基础冲击时域信号作为输入载荷。相关标准规范给出的设计冲击谱不能反映实船水下爆炸冲击信号的动态特性。而实船试验测试数据又不具备标准性。为获取舰载设备仿真校核评估的冲击输入载荷，提出一种舰艇水下爆炸冲击信号拟合方法。根据标准设计冲击谱，通过傅里叶变换对实测信号进行修正。采用这种方法得到的冲击信号同时包含了设备安装部位的冲击特性和标准设计谱的冲击量值，能够更准确地反映舰载设备在特定安装部位处的标准冲击环境。 关键词：水下爆炸；冲击信号；冲击谱；傅里叶变换 中图分类号：Ｕ６６６．１６文献标识码：Ａ 舰艇战时易受水下非接触爆炸武器攻击，导致舰载设备和系统在强烈的冲击下失效，影响总体作战性能和生命力。在舰艇设计阶段采用有限元方法对舰载设备、轴系、管系进行冲击动力学分析是一种行之有效的舰艇抗冲击辅助设计手段¨“ｊ。在进行建模仿真分析时首先要确定冲击输入载荷。我国相关标准和规范给出了舰载设备的设计冲击谱作为抗冲击设计和校核计算的输入载荷一Ｊ。设计谱是对大量实船水下爆炸试验得到的时域冲击信号转换成频域冲击响应谱再经圆整而成的。这种设计谱综合反映了舰艇在水下爆炸下舰载设备基础处的冲击烈度效应。但是，时域冲击信号到冲击谱的转换过程丢失了相位信息∞Ｊ。因此在逆变换时就无法准确再现时域冲击特征。工程上的变换方法有很多，总体思路是保证变换前后冲击能量一致。比如ＢＶ０４３标准介绍的变换方法将设计谱转换为正、负三角组合波形或正弦波形加速度时域曲线ｏ７１。但是这种加速度时域波形和脉冲时间与实际冲击波形有着显著的差异。如果采用舰艇水下爆炸试验测量的冲击信号作为计算的输入载荷可以反映舰载设备实际所受的冲击特征。但是这种实测信号的幅值会受到爆源、爆距、水深、海流和测量误差等多种不确定因素的影响，而变得随机性很强，无法作仿真校核评估的标准载荷。 为了给仿真提供可靠、有效的数据支持，近年来发展了各种冲击谱计算、冲击信号生成、拟合和修正方法。刘洪英等［ｓ１针对冲击响应谱试验规范的特点，研制开发了一套基于ＰＣ机下的冲击响应谱控制系统。王炅等一１通过对实测冲击信号的傅里叶谱进行统计分析，结合随机数的产生法，生成了满足时域特性的随机冲击信号。为仿真引信虚拟样机模型在冲击环境下的 基金项目：国家自然科学基金项目（１０６７２１８１） 收稿Ｅｔ期：２００８—０８—１５修改稿收到日期：２００９—０４—１８ 第一作者杜志鹏男，博士，１９７７年生动态特性分析提供可靠的数据支持。曹源等¨叫以正弦衰减基波组合的形式对冲击信号的拟合进行了研究，并与遗传算法的结合，对其在频域内进行拟合优化，得到优化的信号拟合形式。刘洪英和马爱军¨¨利用合成小波ＷＡＶＳＹＮ，研究了时域合成的方法，为电动振动台实现模拟爆炸冲击环境提供一种有效的在线时域合成方法。目前的研究一方面是根据规范给出的冲击谱生成时域冲击信号，另一方面是利用实测冲击信号进行修正，生成冲击谱或者优化的时域信号。 本文提出了一种舰艇水下爆炸冲击信号拟合方法，通过修正实测冲击信号的ＦＦＴｒ变换，使其与标准设计谱一致，再进行ＦＦｌ、逆变换，得到同时具备标准性与实船冲击特性的时域冲击信号。最后给出了这种冲击信号拟合方法在冲击响应仿真中的应用实例。 １冲击谱与傅里叶谱的关系 固有频率为∞。的无阻尼线性系统，受到来自基础的冲击加速度激励，产生的相对位移响应６由Ｄｕｈａｍｅｌ积分得出： ６（％￡）２瓤互（ｆ）ｓｉｎｔｏ。（ｔ一丁）ｄ下 通过变换［５］，可将上式改写为： ６（∞。，ｔ）＝，ｔ－．－－Ｆ（ｔｏ。，ｔ）ｓｉｎ［∞。￡＋０（ｃｃ，。，ｔ）］ Ⅲ＾ 式中，Ｆ（∞。，ｔ）和ｐ（∞。，ｔ）是连续傅里叶谱币（∞。，ｔ）＝【茹（ｒ）ｅ巾一曲的幅值和相位。注意到当ｓｉｎＥｔｏ。￡＋０（ｃ￡，。，ｔ）］＝１时８（∞。，ｔ）取最大值，因此∞。对应的相对位移冲击谱６一（∞。，ｔ）等于傅里叶谱幅值的ｌ几。倍： ６～（１０。，ｔ）＝＇－－－Ｆ（ａ，。，ｔ） Ⅲｎ 舰艇设计冲击谱通常用四对数坐标下的伪速度谱表示。伪速度冲击谱秽。。（∞。，ｔ）等于相对位移谱的∞。倍，因此伪速度冲击谱等于傅里叶幅值谱： 万方数据
水下爆炸冲击问题的物质点法研究 开展水下爆炸以及结构在水下爆炸载荷作用下的动力响应研究在军事国防 和民用建设领域均具有重要意义。水下爆炸及其结构的冲击响应研究是十分复杂的问题，它涉及爆轰物理学、冲击动力学、流固耦合、弹塑性动力学等诸多学科，对其进行理论分析和实验研究是一个巨大的挑战。近年来，随着计算机技术的不断提高以及各种数值方法的迅速发展，数值模拟已经成为水下爆炸问题研究领域中的重要研究手段。流场或结构的极大变形、运动物质交界面、多相介质耦合作用以及自由表面等特性存在于水下爆炸整个过程中，这使得采用传统基于网格的数值方法对水下爆炸问题进行研究成为一项非常困难的工作。 物质点法（Material Point Method, MPM）是一种新型的无网格粒子算法，它结合了基于物质描述的拉格朗日方法和基于空间描述的欧拉方法二者的优点，在处理大变形时不存在基于网格的数值方法出现的网格畸变问题，而且物质点法能方便的跟踪材料的变形历史以及实现对物质界面的精确描述，这些优点使物质点法在冲击动力学诸多领域中得到了广泛应用。本文在前人研究的基础上，进一步发展了物质点算法，并将物质点法扩展到水下爆炸冲击研究领域中。推导了物质点法控制方程的空间以及时间离散格式，给出了物质点法显式积分算法，编写了基于物质点法基本理论的计算程序。建立了高能炸药爆轰计算模型，采用物质点法数值模拟了高能炸药爆轰过程，计算得到的爆轰波主要表征参数与解析解和实验数据吻合较好，为下一步水下爆炸冲击问题研究奠定了基础。 针对水下爆炸冲击波在自由场中传播具有球面对称性质这一特点，本文提出了球对称形式的物质点法，为了验证所提方法的准确性，对球形炸药水下爆炸问题进行了数值计算，计算结果与实验数据以及经验公式计算结果吻合较好。在此基础上提出了基于物质点法的重映射算法，采用此方法可有效提高三维水下爆炸问题的求解效率。建立了二维水下爆炸计算模型，数值模拟了二维水下爆炸问题，数值计算结果与光滑粒子流体动力学方法（Smoothed ParticleHydronamics, SPH）计算结果以及经验公式计算结果进行了比较，结果吻合较好，物质点法与SPH 算法计算精度相当，但在物质交界面的处理上物质点法具有明显的优势。对近自由面水下爆炸一系列物理现象进行了数值模拟。 给出了物质点法多介质耦合求解过程，研究了自由表面对冲击波的切断现象，