拓普iSD-400毁伤仪测试水下目标结构在爆炸作用下的失效概率分析

本次实验主要使用的产品为拓普测控的iSD-400系列便携式毁伤效应测试仪是专业的外场实验测量仪器。设备深度贴合外场实验流程和需求，在各种恶劣环境下，可靠的完成多段瞬态信号测量、存储。仪器通过多种无线组网方式，可实现数公里范围内的无线遥测，立刻获取实验结果。基于专业分析软件，可提供压力带动态仿真，爆心定位，数据模拟等等高阶功能。

炸药在水下爆轰瞬间产生的能量可以使爆炸产物气泡瞬时达到高温高压,产生的冲击波﹑气泡和压力波等会对水下目标造成毁伤。因此人们十分关注水下爆炸对水下目标的毁伤效果的研究,其研究成果广泛应用于民用和军事领域,如在民用上通过水下检测仪器的抗毁伤研究,可以确定临近水下设施的安全距离;在军事上通过研究舰船的抗毁伤,可以确定船体的薄弱环节从而进行改进;而深入研究水下目标的抗毁伤,不仅在反舰作战时,能有效增强水中兵器抗毁伤能力,同时也能在反水中兵器攻击中发挥重要作用。

然而,在实际之中,特别是水下目标,人们积累的经验很少,边界条件难以确定以及毁伤机理十分复杂,利用数值仿真难以实现,为避免数值计算,研究者常采用毁伤指标来描述目标的毁伤效果,采用不同的冲击因子指标来分析结构毁伤情况;根据试验获得的加速度峰值指标,利用统计的方法对目标毁伤的有效性问题进行定量分析,给出了目标毁伤曲线。为了描述毁伤效果,还有利用冲击波速度峰值、冲击波压力峰值等指标来表征毁伤程度,但针对不同的毁伤目标,如何客观全面的选择有效毁伤指标集是目前急需解决的问题。

水下目标的抗毁伤爆炸试验1.1水下爆炸对目标毁伤的毁伤指标
水下爆炸对水下目标的杀伤机制研究主要是依靠水下爆炸冲击波载荷对其外壳或传感器造成冲击毁伤,使传感器失灵而失效。
炸药在水下爆炸时,通常产生冲击波、气泡和压力波。高温高压气泡强烈挤压周围的水并向外扩散,于是便形成了初始冲击波。冲击波传播的同时还会伴随有气泡的脉动作用,并产生二次压力波,也会对目标造成破坏作用。但是由于脉动压力幅值较小,且作用时间较长,在爆炸瞬态动力响应分析时,气泡脉动产生的影响可不予考虑。与此同时,爆炸破片速度在水中衰减得很快,它也很难在一定距离上对水下目标造成毁伤。所以水下爆炸对水下目标的毁伤主要依靠冲击波。

针对某种传感器而言,在水下爆炸的冲击作用时，由于其外壳的防护作用,如果想通过冲击波在水下传播、流固耦合和空气传播的过程建立动力学方程进行数值求解将会非常困难,此时需要选择合适的毁伤指标来分析目标的毁伤效果。传感器在冲击作用时会造成如根部脱掉、底座螺钉松动、联接点断裂、元器件失效、波形产生漂移和电路板移位等多种毁伤模式,为正常反映传感器受冲击和振动的数据,一般选择测量传感器加速度和速度作为毁伤指标来反映水下目标受冲击的程度。加速度和速度一般分为轴向、径向和周向3个方向,为全面描述反映传感器毁伤效果,在实验中选择这3个方向的加速度峰值和3个方向的速度峰值作为需要测量的数据。

(1）针对某水下目标传感器毁伤的抗爆炸试验数据,通过用相关函数法对加速度峰值和速度峰值指标进行相关分析,表明这些指标之间相关值很大,在此基础上进一步利用因子分析法,确定了影响水下目标毁伤的特征指标集轴向加速度峰值X与周向加速度峰值X,并利用费歇尔判别法证明了选用这两个指标作为特征指标是合理的。
(2)一方面研究者在选择影响水下目标毁伤指标测量时可以只选用这两个指标。另一方面在设计内部传感器时轴向和周向两个方向上时既要由良好的抗冲效果外同时也要有良好的减振效果。