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舰船航行状态下遭受水下爆炸载荷毁伤特性研究

摘要

随着水中能源、交通和军事活动的不断发展，海洋安全问题频发，舰船作为海上战

场最主要的作战平台，如何对其进行精确、高效的打击受到越来越多的关注。因此，开

展水下爆炸载荷作用下舰船结构毁伤机理及特性的研究，对海上作战方案优化设计、提

高典型武器毁伤效能具有十分重要的现实意义。目前此类研究多基于舰船静止状态，与

实际作战情况有一定出入。本文基于以上背景，对处于高速运动状态的大型舰船遭受水

下爆炸载荷作用下的毁伤特性进行研究。研究结果可以更真实地反应舰船在水下爆炸载

荷作用下的毁伤情况，为鱼雷等水中兵器最大发挥毁伤效能时引战配合设计与相关参数

设定奠定了基础。

本文首先对研究过程中涉及的基本理论进行分析。深入探究了水下爆炸冲击波、气

泡脉动过程，并对各阶段的基本现象、载荷特性及计算公式进行归纳总结；详细阐述了

ALE方法的基本原理、控制方程、接触算法等内容；基于ALE方法建立了自由场水下

爆炸载荷计算模型及平板水下爆炸流固耦合数值模型，对ALE方法在解决水下爆炸载

荷作用下结构毁伤问题方面的有效性进行验证。

基于对计算方法有效性的验证，本文对水下爆炸载荷作用下运动结构毁伤机理进行

研究。首先对静止与运动边界附近水下爆炸载荷进行研究，给出运动边界下气泡载荷的

特性；其次依据船体梁理论，设计并进行小当量箱型梁水下爆炸试验，结合数值方法给

出了水下爆炸气泡脉动载荷及其与静止箱型梁耦合作用特性；最后基于ALE方法，在

静止箱型梁总体响应特性研究的基础上，建立运动箱型梁结构水下爆炸流固耦合数值模

型，对运动状态下箱型梁水下爆炸总体响应变化规律进行深入研究。

在此基础上，对水下爆炸载荷作用下运动舱段结构的局部与总体毁伤特性进行研究。

首先对静止与运动状态舱段结构局部毁伤进行对比分析，给出了计及舱段结构运动状态

时的毁伤特征，并分析了爆距和运动速度对运动状态舱段结构局部毁伤特性的影响规律；

其次对舱段结构运动与静止状态时的总体毁伤情况进行研究，基于准静态法得到了考虑

舱段结构运动状态时极限强度的变化规律，并分析了爆距及速度对运动舱段结构极限强

度的影响；最后从能量的角度定量分析了运动状态舱段结构遭受水下爆炸载荷时的能量

吸收规律。

最终，对水下爆炸载荷作用下航行舰船结构的局部毁伤特性和冲击响应规律进行研

哈尔滨工程大学硕士学位论文

究。首先对静止与航行状态舰船结构的毁伤过程及局部毁伤特性进行对比分析，给出了

考虑舰船航行状态时特有的毁伤特征规律；其次对整船冲击环境进行研究，给出了航行

状态舰船冲击环境沿船长变化规律，并对不同爆距及航行速度下整船冲击环境分布变化

情况进行了深入探究；最后对航行舰船结构毁伤特性进行参数化研究，给出了爆距及航

行速度对整船毁伤特性的影响规律。

关键词：航行舰船；水下爆炸；气泡脉动；结构毁伤；冲击环境

舰船航行状态下遭受水下爆炸载荷毁伤特性研究

Abstract

Withthecontinuousdevelopmentofunderwaterenergy,transportation,andmilitary

activities,maritimesafetyissueshaveoccurredfrequently.Asthemostimportantcombat

platformontheseabattlefield,shipshavereceivedincreasingattentiononhowtoefficiently

strikethem.Therefore,theresearchonthedamagecharacteristicsofshipstructuresunderthe

Underwaterexplosionloadisofgreatsignificancetotheoptimizationdesignofmaritime

operationsandt