敷設(shè)超彈性覆蓋層艦船水下爆炸沖擊實(shí)驗(yàn)與仿真分析

章振華，諶 勇，肖 鋒，華宏星，汪 玉

(1．上海交通大學(xué) 機(jī)械系統(tǒng)與振動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240；2．海軍裝備研究院艦船所,北京 100073)

艦船在戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下會(huì)遭受水中兵器攻擊。在水下爆炸沖擊波作用下, 艦船輕則產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊振動(dòng)，影響其設(shè)備的正常使用；重則產(chǎn)生較大塑性變形，造成船體嚴(yán)重破壞。因此, 研究艦船受爆炸沖擊波作用的動(dòng)力學(xué)響應(yīng), 對(duì)抗爆、抗沖擊設(shè)計(jì)具有重要意義。張振華等[1]提出的利用MSC/DYTRAN 數(shù)值模擬水面艦船在遠(yuǎn)距離水下爆炸載荷作用下動(dòng)力響應(yīng)方法，可較好模擬船體遠(yuǎn)場(chǎng)水下爆炸效應(yīng)。而隨抗爆抗沖擊理念的提升，在艦船濕表面敷設(shè)各種超彈性覆蓋層成為有效防護(hù)方式。汪玉等[2]研究分析用于提高水下結(jié)構(gòu)抗沖擊性能的泡沫芯層夾層結(jié)構(gòu)受水下爆炸作用時(shí)的沖擊響應(yīng)及流固耦合問題。姚熊亮等[3]對(duì)敷設(shè)聲學(xué)覆蓋層板架結(jié)構(gòu)吸能性能進(jìn)行研究，找出覆蓋層空腔結(jié)構(gòu)變形、速度及加速度與沖擊波能量吸收間關(guān)系，獲得敷設(shè)聲學(xué)覆蓋層板架結(jié)構(gòu)的抗沖性能。降低甚至消除水下爆炸對(duì)船體造成的破壞為現(xiàn)代作戰(zhàn)艦艇設(shè)計(jì)目標(biāo)。敷設(shè)在船體濕表面的金屬泡沫夾芯板或超彈性覆蓋層，可顯著緩沖、吸收水下爆炸載荷產(chǎn)生的沖擊能量。以方形蜂窩為芯層的金屬夾層結(jié)構(gòu)，因其抗壓強(qiáng)度、能量吸收能力優(yōu)良，具有較好的抗沖擊性能[4]。建立金屬夾層結(jié)構(gòu)的等效連續(xù)模型，可用于仿真不同尺度結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力學(xué)分析。章振華等[5]通過對(duì)超彈性覆蓋層單胞進(jìn)行沖擊動(dòng)力學(xué)仿真試驗(yàn)研究，對(duì)覆蓋層防護(hù)性能認(rèn)識(shí)更深入，但研究對(duì)象僅為覆蓋層本身，未對(duì)敷設(shè)覆蓋層船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

已有研究[6-8]通過建立艦船局部結(jié)構(gòu)模型分析防護(hù)性能具有較大局限性，無法對(duì)整船動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。因此本文在保證一定精度前提下，基于超彈性覆蓋層均勻化理論[4]，并考慮材料應(yīng)變率相關(guān)性，對(duì)全艦船進(jìn)行水下爆炸沖擊響應(yīng)仿真分析，探討在遠(yuǎn)場(chǎng)水下爆炸載荷下超彈性覆蓋層在抗沖擊中作用，并對(duì)水下爆炸沖擊試驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較與討論。

1 實(shí)驗(yàn)研究

為驗(yàn)證超彈性覆蓋層抗沖擊作用，對(duì)艦船在敷設(shè)、不敷設(shè)覆蓋層情況下進(jìn)行6組全艦船水下爆炸對(duì)比實(shí)驗(yàn)，示意圖見圖1。實(shí)驗(yàn)中藥包置于右舷船舯平面。藥包布置方位數(shù)據(jù)見表1。龍骨沖擊因子KSF可表示為

(1)

式中：W為藥包重量，單位kg；D為藥包至龍骨距離，單位m；θ為藥包方位角，單位rad。實(shí)驗(yàn)中TNT為5 kg。

圖1 水下爆炸沖擊實(shí)驗(yàn)示意圖

表1 藥包位置與龍骨沖擊因子

水下爆炸實(shí)驗(yàn)中，在典型位置布置14個(gè)加速度傳感器。艦船右半部分示意圖及測(cè)點(diǎn)位置見圖2。其中，A5、A6、A7、A11為垂向、橫向雙向傳感器，其它位置為垂向加速度傳感器。A1、A2、A7、A10、A14在龍骨上；A8位于旁縱一；A13位于水線以上船殼處；A4、A9、A12位于下甲板；A3、A5、A11位于主甲板；A6位于上層建筑頂部。圖3為水下爆炸沖擊實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)水域水深10～15 m。

圖2 艦船右半部分示意及測(cè)點(diǎn)布置

圖3 水下爆炸沖擊實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

實(shí)驗(yàn)所測(cè)加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)通過5 Hz巴特沃斯高通濾波器以消除零漂現(xiàn)象，通過5 kHz巴特沃斯低通濾波器以消除信號(hào)噪聲。對(duì)加速度數(shù)據(jù)積分，可得水下爆炸載荷下速度響應(yīng)。各測(cè)點(diǎn)處速度響應(yīng)峰值見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)所得速度響應(yīng)峰值

2 超彈性覆蓋層均勻化理論研究

覆蓋層為薄壁結(jié)構(gòu)，由上、下面板與芯層結(jié)構(gòu)三部分構(gòu)成。芯層結(jié)構(gòu)單胞見圖4(a)，外部為正六邊形蜂窩，內(nèi)部為圓管，兩者均為橡膠薄壁結(jié)構(gòu)。芯層結(jié)構(gòu)由單胞在橫向與縱向延拓構(gòu)成。覆蓋層中所用主體材料為氯丁橡膠，邵氏硬度65。對(duì)敷設(shè)有覆蓋層夾層板的大型結(jié)構(gòu)，在有限元分析中建立實(shí)體模型并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析會(huì)遇諸多困難。因此可用一連續(xù)體模型近似實(shí)體結(jié)構(gòu)[6-7]，見圖4(b)。該連續(xù)體模型不考慮局部屈曲變形，只在變形過程中具有與實(shí)體結(jié)構(gòu)相同的整體應(yīng)力-應(yīng)變行為。覆蓋層整體材料特性為正交各向異性，本文據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)爆炸載荷特性，將連續(xù)體模型近似成各向同性材料。

圖4 覆蓋層單胞模型

100 1/s應(yīng)變率下覆蓋層單胞實(shí)體模型與等效連續(xù)體模型應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖5(a)，其中應(yīng)力為下表面處值。全局應(yīng)變定義為

(2)

式中：D1為單胞上、下表面實(shí)時(shí)距離；H1為覆蓋層單胞高度。

覆蓋層壓縮過程包括：① 彈性波傳播階段，應(yīng)力隨應(yīng)變線性增加；② 屈曲階段，應(yīng)力達(dá)局部峰值后，隨屈曲發(fā)生迅速降低；③ 應(yīng)力平臺(tái)階段，應(yīng)變?cè)黾討?yīng)力保持恒定值；④ 密實(shí)化階段，應(yīng)力隨應(yīng)變線性增加，曲線斜率較彈性波傳播階段高的多。由于本文考慮遠(yuǎn)場(chǎng)水下爆炸，到達(dá)船殼的沖擊速度較低，應(yīng)力-應(yīng)變曲線中屈曲階段可用應(yīng)力平臺(tái)階段近似，獲得等效連續(xù)體模型應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖5(b)?？紤]材料應(yīng)變率相關(guān)性，超出應(yīng)變率范圍曲線可由外推獲得。

圖5 覆蓋層單胞模型應(yīng)力應(yīng)變曲線

3 仿真分析

3.1 基礎(chǔ)模型

某艦船長(zhǎng)26.5 m，寬4.5 m，吃水1.75 m，排水量53 t。該艦艇水下爆炸有限元模型見圖6，其中船體主要包括船殼、主機(jī)層、下甲板、上甲板與上層建筑。由圖6看出，水下爆炸模型包括艦船、覆蓋層與周圍水體三部分。覆蓋層厚度50 mm。船殼由S4R四節(jié)點(diǎn)與S3R三節(jié)點(diǎn)薄殼單元模擬，加強(qiáng)筋由B31梁?jiǎn)卧獦?gòu)成。等效連續(xù)體覆蓋層由C3D8R，C3D6構(gòu)成。流體采用AC3D4聲學(xué)單元。上層建筑材料為鋁，船體其它結(jié)構(gòu)材料為中強(qiáng)度鋼，具體參數(shù)為：材料密度7 800 kg/m3；泊松比0.3；楊氏模量210 GPa；屈服強(qiáng)度360 MPa。

艦船濕表面最大寬度4.4 m，流體直徑取20 m，即流場(chǎng)直徑5倍于結(jié)構(gòu)濕表面最大寬度。流場(chǎng)直徑與結(jié)構(gòu)濕表面最大寬度之比為影響流場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)附加質(zhì)量效應(yīng)的關(guān)鍵因素。當(dāng)該比值為32時(shí)，有限元模型能較準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)在無限流場(chǎng)中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。通常取5，即可獲得合理的計(jì)算效率及仿真精度。流體分兩部分，靠近船體流體用較小網(wǎng)格。船體模型包括4409個(gè)S4R殼單元，7788個(gè)S3R殼單元，5046個(gè)B31梁?jiǎn)卧?。每個(gè)殼單元外法向指向外部流體。等效連續(xù)體覆蓋層包括12492個(gè)C3D8R及924個(gè) C3D6實(shí)體單元。在覆蓋層厚度方向劃分兩單元。覆蓋層網(wǎng)格長(zhǎng)、寬最大值約125 mm，高、長(zhǎng)度之比為5。流體網(wǎng)格包括169862 個(gè)AC3D4聲學(xué)單元。

在船體結(jié)構(gòu)與覆蓋層間、覆蓋層與流體間建立耦合關(guān)系。自由表面節(jié)點(diǎn)滿足零壓力邊界條件。Cole等[9-10]準(zhǔn)確描述的遠(yuǎn)場(chǎng)水下爆炸初始沖擊波壓力-時(shí)間歷程為

(4)

(5)

式中：p0為沖擊波峰值壓力，單位Pa；θ為沖擊波時(shí)間因子，單位s；W為TNT 藥包質(zhì)量，單位kg；R為藥包中心至船殼最小距離，單位m；R0為藥包初始半徑，單位m；tp為沖擊波正時(shí)間周期，單位s。

在水深5.4 m，離龍骨水平距離10.2 m位置5 kg TNT藥包會(huì)產(chǎn)生一峰值壓力7.19×106Pa、時(shí)間系數(shù)0.000 215 s的沖擊波。采用ABAQUS/Explicit中散射波解對(duì)模型仿真。壓力載荷作用于流固耦合面上，流場(chǎng)外邊界定義無反射邊界條件?？紤]海底反射效應(yīng)，反射系數(shù)取1.2。

3.2 仿真結(jié)果

對(duì)表1中6組實(shí)驗(yàn)在相同工況下進(jìn)行仿真分析。仿真1、2、3為針對(duì)無敷設(shè)覆蓋層船體；仿真4、5、6為有覆蓋層船體。加速度傳感器布置見圖2。在A7、A11、A6處，不敷設(shè)覆蓋層與敷設(shè)覆蓋層時(shí)垂向變形對(duì)比見圖7。其中圖7(a) 為不敷設(shè)覆蓋層工況，船體在0.5 s時(shí)垂向剛體位移為157 mm；A7垂向變形峰值為12.5 mm；A11垂向變形峰值為32.3 mm；A6垂向變形峰值為14.1 mm；圖7(b)為敷設(shè)覆蓋層工況，船體在0.5 s時(shí)垂向剛體位移為164 mm；A7垂向變形峰值為7.8 mm；A11垂向變形峰值為28.2 mm；A6垂向變形峰值為20.7 mm。與圖7(a)相比得出聚合物涂層可大大減小船殼垂向變形，但對(duì)艦船剛體位移及船上結(jié)構(gòu)變形影響較小。在A6處，覆蓋層甚至能增加上層建筑垂向變形。而夾芯結(jié)構(gòu)沖擊載荷下應(yīng)力-應(yīng)變行為已出現(xiàn)應(yīng)力平臺(tái)現(xiàn)象[11]。受爆炸沖擊時(shí)夾芯結(jié)構(gòu)處于應(yīng)力平臺(tái)區(qū)，由于屈曲變形，使夾芯結(jié)構(gòu)傳遞的應(yīng)力保持在一穩(wěn)定值，從而對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊保護(hù)作用。但當(dāng)夾芯結(jié)構(gòu)開始密實(shí)化后，夾芯結(jié)構(gòu)傳遞的應(yīng)力值逐漸增大，結(jié)構(gòu)局部位置響應(yīng)值會(huì)稍有增加[12]。

圖6 艦船水下爆炸有限元模型

圖8 仿真2、5龍骨垂向峰值速度對(duì)比

圖8為仿真2、5中龍骨峰值速度對(duì)比。其中仿真2針對(duì)不敷設(shè)覆蓋層艦船，仿真5針對(duì)敷設(shè)覆蓋層艦船。敷設(shè)覆蓋層艦船龍骨處沖擊響應(yīng)小于不敷設(shè)覆蓋層工況，降低幅度由6.3%～39.2%。龍骨中段覆蓋層抗沖擊效果好于艏、艉部。船殼上除龍骨外其它位置敷設(shè)覆蓋層后沖擊響應(yīng)亦有較大衰減速度，由此表明覆蓋層對(duì)受水下爆炸沖擊載荷船殼有較好的抗沖擊作用。船殼最大垂向速度值出現(xiàn)在右舷水線以下位置，距藥包最近，受爆炸沖擊影響最大。右舷垂向速度峰值較左舷大，出現(xiàn)時(shí)刻亦較左舷早。

圖9為仿真5中A8、A4測(cè)點(diǎn)處垂向速度-時(shí)間歷程曲線。分別代表船殼、船上結(jié)構(gòu)的典型速度時(shí)間響應(yīng)。A8位于右一縱，作為船殼的一點(diǎn)，在受水下爆炸沖擊載荷時(shí)，其垂向速度在數(shù)ms內(nèi)增加到一峰值后呈指數(shù)形式衰減。而結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與船殼處差異較大。相對(duì)點(diǎn)A8，在A4響應(yīng)中低頻成分地位更突出。仿真2中，A7垂向速度峰值出現(xiàn)在1 ms，A14垂向速度峰值出現(xiàn)于6 ms，A1垂向速度峰值出現(xiàn)于10 ms；仿真5中，A7垂向速度峰值出現(xiàn)于4 ms，A14垂向速度峰值出現(xiàn)于12 ms，A1垂向峰值速度出現(xiàn)于18 ms。由此看出，水下爆炸沖擊波先達(dá)船舯部分后再向船艉、艏部傳播。覆蓋層的敷設(shè)，使龍骨垂向峰值速度出現(xiàn)時(shí)刻稍有延遲。

由物理角度，在仿真1～3中，入射波直接作用于船殼上將產(chǎn)生明顯高頻響應(yīng)。當(dāng)沖擊能量由下向上傳播至主甲板及其它結(jié)構(gòu)時(shí)，因結(jié)構(gòu)阻尼的衰減作用，較高頻率響應(yīng)逐步衰減，較低頻率沖擊響應(yīng)作用更突出。而在仿真4～6中，入射沖擊波首先作用于覆蓋層，然后才傳播至船殼。由于覆蓋層的存在，沖擊能量得以緩沖、部分吸收，船殼中高頻響應(yīng)獲得大幅衰減。因此覆蓋層在艦船抗沖擊設(shè)計(jì)中有積極作用。

圖10為不敷設(shè)覆蓋層時(shí)不同藥包位置艦船垂向峰值速度。圖11為敷設(shè)覆蓋層時(shí)不同藥包位置艦船垂向峰值速度。測(cè)點(diǎn)A1、A2、A7、A10、A14均在龍骨上。無論是否敷設(shè)覆蓋層，在同一沖擊因子下，距離藥包越遠(yuǎn)，動(dòng)力學(xué)響應(yīng)越小。

在點(diǎn)A2、A7、A10，較圖10，圖11中垂向峰值速度衰減較大。在點(diǎn)A1、A14，圖11中垂向峰值速度亦有降低，但下降幅度小于其它點(diǎn)。因此，覆蓋層在船舯位置衰減作用更大。

圖11 仿真4～6時(shí)垂向速度峰值對(duì)比

不同工況下峰值速度見表3。由表3看出，與未覆蓋層的船殼相比，敷設(shè)覆蓋層船殼峰值速度降低約1%～44.3%，覆蓋層可有效降低船殼受水下爆炸載荷的動(dòng)力學(xué)沖擊響應(yīng)。大多船體結(jié)構(gòu)點(diǎn)峰值速度，或垂向或橫向，敷設(shè)覆蓋層較未覆蓋層時(shí)小。而在A3、A6點(diǎn)，敷設(shè)覆蓋層后的垂向峰值速度不僅未衰減，反而稍有增大。與表2實(shí)船水下爆炸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，仿真分析結(jié)果規(guī)律相同。覆蓋層可有效減小龍骨峰值速度，對(duì)船體結(jié)構(gòu)其它部位動(dòng)力學(xué)響應(yīng)也有一定衰減，但衰減幅度較少。此外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中敷設(shè)覆蓋層后的衰減幅度高于仿真分析結(jié)果，表明仿真模型低估了抗沖瓦的抗沖擊效果。

圖12為船體不敷設(shè)覆蓋層與敷設(shè)覆蓋層時(shí)能量曲線對(duì)比。覆蓋層阻抗介于流體、船體結(jié)構(gòu)之間，由于流體與覆蓋層、覆蓋層與船體間阻抗匹配，仿真5中整個(gè)模型(包括船體與覆蓋層)的外部功，遠(yuǎn)大于仿真2。而船體(不含覆蓋層)應(yīng)變能，除沖擊初始階段稍有差異外，仿真5與仿真2中兩者基本相同。由于覆蓋層屈曲變形，仿真5中在沖擊初始階段船體應(yīng)變能衰減較大。在沖擊波到達(dá)船殼后約50 ms內(nèi)，覆蓋層抗沖擊效果已發(fā)揮重要作用，使船體應(yīng)變能減少20%～40%。之后，不敷設(shè)覆蓋層與敷設(shè)覆蓋層時(shí)船體應(yīng)變能差異逐漸變小?？紤]船殼沖擊速度響應(yīng)時(shí)間歷程，其峰值速度出現(xiàn)較早，之后呈指數(shù)形式衰減；而船結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)低頻成分更突出，速度峰值出現(xiàn)較晚。因此，覆蓋層對(duì)船殼有直接防護(hù)作用；通過衰減船殼動(dòng)態(tài)響應(yīng)，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)船體結(jié)構(gòu)沖擊防護(hù)。不敷設(shè)、敷設(shè)覆蓋層時(shí)應(yīng)變能對(duì)比，結(jié)合船殼與船結(jié)構(gòu)速度響應(yīng)時(shí)間歷程差異，可進(jìn)一步驗(yàn)證，覆蓋層能較好降低船殼峰值速度，對(duì)船體結(jié)構(gòu)其它部位動(dòng)力學(xué)響應(yīng)亦有一定衰減，幅度無船殼衰減大。

表3 仿真分析速度峰值結(jié)果

3.3 網(wǎng)格靈敏度研究

以上仿真模型中，在覆蓋層厚度方向劃分兩層網(wǎng)格。圖13為在覆蓋層厚度方向劃分1、2、3、5層網(wǎng)格進(jìn)行的靈敏度研究。船體與流體網(wǎng)格亦隨覆蓋層網(wǎng)格尺度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。通過網(wǎng)格靈敏度研究，在覆蓋層厚度方向劃分2、3、5層網(wǎng)格，均可獲得一定精度結(jié)果。考慮精度與計(jì)算效率間平衡關(guān)系，在覆蓋層厚度方向劃分兩層網(wǎng)格較合適。

3.4 實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果比較

通過艦船全尺度模型仿真，由實(shí)船水下爆炸實(shí)驗(yàn)獲得船上典型位置加速度響應(yīng)，從而可得各位置沖擊響應(yīng)譜圖。圖14～圖17為點(diǎn)A7 (垂向)、 A14、 A12 、 A6 (垂向) 在工況5(敷設(shè)覆蓋層)時(shí)沖擊響應(yīng)譜實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比。由圖14～圖17看出，仿真分析所得沖擊響應(yīng)譜與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，從而本文遠(yuǎn)場(chǎng)水下爆炸沖擊仿真模型有效性得以驗(yàn)證。仿真分析所得沖擊響應(yīng)譜與實(shí)驗(yàn)值在某些頻率上有一定偏差，其原因?yàn)椋孩?模型近似程度有待提高；② 結(jié)構(gòu)阻尼、材料阻尼等參數(shù)尚不夠精確；③ 覆蓋層等效為連續(xù)體時(shí)產(chǎn)生誤差。

圖14 工況5時(shí)A7 (垂向)沖擊響應(yīng)譜實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比(深色為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，淺色為仿真數(shù)據(jù))

圖15 工況5時(shí)A14沖擊響應(yīng)譜實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比(深色為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，淺色為仿真數(shù)據(jù))

4 結(jié) 論

本文通過對(duì)6組實(shí)船遠(yuǎn)場(chǎng)水下爆炸沖擊實(shí)驗(yàn)，并對(duì)敷設(shè)與未敷設(shè)超彈性覆蓋層艦船進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)論如下：

(1) 敷設(shè)超彈性覆蓋層的龍骨沖擊響應(yīng)較未敷設(shè)覆蓋層有較大衰減，降低幅度為6.3%～ 39.2%。龍骨沖擊響應(yīng)衰減效果船舯好于船艏、艉。其它部位與龍骨處規(guī)律相同，表明受水下爆炸沖擊載荷時(shí)，超彈性覆蓋層對(duì)船殼有較好防護(hù)作用。

(2) 船殼最大垂向速度出現(xiàn)于右舷水線以下距藥包較近位置。船殼右舷垂向峰值速度較左舷大，出現(xiàn)時(shí)刻亦早。船殼沖擊速度響應(yīng)時(shí)間歷程曲線中，速度峰值出現(xiàn)較早，之后呈指數(shù)形式衰減；而船結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)低頻成分更突出，速度峰值出現(xiàn)較晚。

(3) 因在流體與覆蓋層，覆蓋層與船體間阻抗匹配，在同一爆炸載荷下敷設(shè)覆蓋層時(shí)整個(gè)模型(含船體、覆蓋層)外部功，遠(yuǎn)大于未敷設(shè)覆蓋層時(shí)模型外部功。由于覆蓋層屈曲變形，覆蓋層僅在沖擊初始階段發(fā)揮重要抗沖擊作用。考慮船殼沖擊速度響應(yīng)時(shí)間歷程，其峰值速度出現(xiàn)較早，之后呈指數(shù)形式衰減；而船上結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)低頻成分更突出，速度峰值出現(xiàn)較晚。因此，覆蓋層對(duì)船殼有直接防護(hù)作用；而通過衰減船殼動(dòng)態(tài)響應(yīng)，可間接實(shí)現(xiàn)對(duì)船體結(jié)構(gòu)沖擊防護(hù)。仿真與試驗(yàn)研究表明，覆蓋層可較好降低船殼峰值速度，對(duì)船體結(jié)構(gòu)其它部位動(dòng)力學(xué)響應(yīng)也有一定衰減，但幅度無船殼衰減大。

(4) 由仿真分析與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好表明，仿真模型在遠(yuǎn)場(chǎng)水下爆炸時(shí)的有效性進(jìn)一步得以驗(yàn)證。

[1]張振華，朱錫，馮剛，等. 艦船在遠(yuǎn)場(chǎng)水下爆炸載荷作用下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的數(shù)值計(jì)算方法[J]. 中國(guó)造船,2003,44(4): 36-42.

ZHANG Zhen-hua, ZHU Xi, FENG Gang, et al. Numerical analysis is of ship dynamic response due to shock waves induced by long-distance underwater explosion[J].Ship Building of China,2003,44(4): 36-42.

[2]汪玉，張瑋，華宏星，等. 泡沫芯層夾層結(jié)構(gòu)水下爆炸沖擊特性研究[J]. 振動(dòng)與沖擊, 2010, 29(4): 64-68.

WANG Yu, ZHANG Wei, HUA Hong-xing, et al. Dynamic response of a submarine foam sandwich structure subjected to underwater explosion[J]. Journal of Vibration and Shock, 2010, 29(4): 64-68.

[3]姚熊亮，于秀波，龐福振，等. 敷設(shè)聲學(xué)覆蓋層的板架結(jié)構(gòu)抗沖擊性能數(shù)值計(jì)算研究[J]. 工程力學(xué), 2007, 24(11): 164-171.

YAO Xiong-liang, YU Xiu-bo, PANG Fu-zhen, et al. Numerical research on the anti-shock capability of plate-frame structure coated with acoustic covering layer[J]. Engineering Mechanics, 2007, 24(11): 164-171.

[4]Xue Z Y, Hutchinson J W. Crush dynamics of square honeycomb sandwich cores[J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2006,65: 2221-2245.

[5]章振華, 諶勇, 華宏星,等.超彈性夾芯覆蓋層抗沖擊性能分析及實(shí)驗(yàn)研究[J].振動(dòng)與沖擊,2012,31(5): 132-134.

ZHANG Zhen-hua, CHEN Yong, HUA Hong-xing, et al. Simulation and test for hyperelastic sandwich coatings in crush dynamics[J].Journal of Vibration and Shock,2012,31(5):132-134.

[6]劉建湖. 艦船非接觸水下爆炸動(dòng)力學(xué)的理論和應(yīng)用[D].無錫:中國(guó)艦船科學(xué)研究中心，2002.

[7]諶勇，唐平，汪玉, 等. 剛塑性圓板受水下爆炸載荷時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)[J].爆炸與沖擊，2005, 25(1): 90-96.

CHEN Yong, TANG Ping , WANG Yu, et al.Dynamic response analysis of rigid-plastic circular plate under underwater blast loading[J]. Explosion and Shock Waves, 2005, 25(1): 90-96.

[8]Chen Yong, Zhang Zhi-yi, Wang Yu, et al. Crush dynamics of square honeycomb thin rubber wall [J]. Thin-Walled Structures , 2009, 47(12): 1447-1456.

[9]Cole R H. Underwater explosion[M].Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1948.

[10]Zamyshlyayev B V. Dynamic loads in underwater explosion[M].AD-757183 Naval Intelligences Support Center, Washington, 1973.

[11]Hanssen A G, Enstock L, Langseth M. Close-range blast loading of aluminum foam panels[J]. International Journal of Impact Engineering, 2002, 27(6):593-618.

[12]Rathbun H J, Radford D D, Xue Z, et al. Performance of metallic honeycomb-core sandwich beams under shock loading[J].International Journal of Solids and Structures,2006,43(6):1746-1763.