一种考虑舱壁遮挡的舰船舱室内爆炸冲击波载荷快速预测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115081110A(43)申请公布日2022.09.20(21)申请号202210610507.3(22)申请日2022.05.31(71)申请人西安近代化学研究所地址710065陕西省西安市雁塔区丈八东路168号(72)发明人韩璐李芝绒蒋海燕张玉磊林钦栋(74)专利代理机构西安恒泰知识产权代理事务所61216专利代理师王孝明(51)Int.Cl.G06F30/15(2020.01)G06F30/20(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称一种考虑舱壁遮挡的舰船舱室内爆炸冲击波载荷快速预测方法(57)摘要本发明提供了一种考虑舱壁遮挡的舰船舱室内爆炸冲击波载荷快速预测方法，该方法包括以下步骤：步骤S1，三维舰船舱室结构模型离散化及等效药量转换；步骤S2，划分计算步长；步骤S3，计算各舱壁压力与破坏状态；步骤S4，剔除实际未破坏的舱壁；步骤S5，计算破坏舱壁的压力载荷折减；本发明通过按步长求解的方式进行舱壁载荷和毁伤状态计算，对于大尺寸舰船目标，可大大提高其计算效率，减少计算时长。本发明通过构建炸点与舱壁几何中心射线的方式，基于循环扫描的方法判断在被破坏舱壁前是否存在未破坏壁面的遮挡情况，从而实现了将实际不会发生破坏的舱壁剔除，使计算结果更符合实际。CN115081110ACN115081110A权利要求书1/3页1.一种考虑舱壁遮挡的舰船舱室内爆炸冲击波载荷快速预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1，三维舰船舱室结构模型离散化及等效药量转换：首先，将三维舰船舱室实体结构进行退化，采用离散化薄壳单元对各舱壁结构进行模型替代，三维舰船舱室结构模型的尺寸与舰船目标的实际尺寸保持一致，对实际结构中各舱壁相连接的位置采用共线处理，以保证舱室结构的封闭；其次，炸药的等效TNT装药质量We可按式Ⅰ进行换算：式中：W为实际炸药的装药质量；Qe为实际炸药的爆热；Q为TNT炸药的爆热；步骤S2，划分计算步长：统计所有舱壁到炸点(x0,y0,z0)的距离，依据各舱壁所包含的所有面元节点坐标，按式Ⅱ进行其几何中心(xci,yci,zci)的求解计算；每个舱壁的几何中心至炸点的距离dci按式Ⅲ进行计算：依据所有的舱壁与炸点的距离dci，统计出其中最小值dci_min和最大值dci_max，依据(dci_max‑dci_min‑d0)确定计算步骤数量n，并以此确定计算步长：Δ(dci_max‑dci_min‑d0)/n；式中：xi，yi，zi分别为该舱壁包含的所有离散化细分面元节点的三维坐标；i为离散化细分面元节点编号；n为步骤数量；dc为两点之间的距离；d0为所选择的初始计算距离；步骤S3，计算各舱壁压力与破坏状态：按d0+Δ(dci_max‑dci_min‑d0)/n×i(i＝0,1,2…n)依次计算步长范围之内所有舱室壁面各点的反射压力，按式Ⅳ进行计算：22Δpref＝Δpref·cosαV·cosαH式Ⅳ；式中：αV和αH分别为“炸点‑测点”连线与舱壁两向垂面的夹角；Δpref为炸点在该舱壁平面投影处的冲击波正反射压力；Δpref按式Ⅴ进行计算；2CN115081110A权利要求书2/3页式中：We为由式Ⅰ计算的炸药的等效TNT装药质量，单位为：kg；rcic为炸点距离舱壁最近点的距离，单位为：m，由空间点到平面最短距离计算得到；p0为环境压力，取0.101MPa；按d0+Δ(dci_max‑dci_min‑d0)/n×i(i＝0,1,2…n)依次计算步长范围之内所有舱室壁面的破坏情况，判断依据为rcic小于造成舱壁结构破坏的临界爆距dcic，dcic可由式Ⅵ计算获得：式中：h为舱壁的等效厚度，单位为：m；ρ为舱壁结构材料密度，单位为：kg/m3；σd为舱壁结构材料的动态屈服强度，单位为：Pa；εf为舱壁结构材料的断裂应变；步骤S4，剔除实际未破坏的舱壁：统计所有被破坏的舱壁结构，依次构建由炸点(x0,y0,z0)到每个被破坏舱壁几何中心[(xd1,yd1,zd1),(xd2,yd3,zd4),…,(xdi,ydi,zdi)]的空间射线：式中：x，y，z分别为空间构造直线方程的变量；将该射线与目标所有舱室壁面进行求交，并统计该射线路径上所有穿过的舱壁，统计方法为首先计算空间直线与舱壁平面的交点，其次确认该交点在舱壁平面内；空间一点P不在凸多边形平面A(n1,n2,...,nk)内的充要条件为式Ⅷ：其中：为三角形；n1,n2,...,nk为凸多边形平面A的第1,2,...,k个顶点；i为顶点的序号；统计射线与该舱壁平面交汇前的穿透路径，判断路径上共有多少个其它舱壁，同时判断是否存在未毁伤的壁面，如果有则说明当前