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水下爆炸作用下舰船毁伤效能评估及水雷布阵策略优化研究
| 论文题名： | 水下爆炸作用下舰船毁伤效能评估及水雷布阵策略优化研究 |
| 关键词： | 舰船结构;毁伤效能评估;水雷布阵;水下爆炸作用 |
| 摘要： | 舰船是维护祖国蓝色领土的基本保障，鱼雷、水雷等水下武器是舰船生命力的主要威胁之一。水下爆炸产生的冲击波与气泡载荷会对水面舰船造成严重的局部及总体毁伤，近年来，舰船在水下爆炸作用下的毁伤模式一直是舰船生命力研究的前沿和热点。战时，在敌方港口布设水雷，可以达到对敌方舰船出入港进行封锁的目的，然而，由于复杂多样的港口布局以及舰船目标形式的不确定性，加之水雷发射引起的散布特性，增加了水雷封锁效能评估模型建立的难度。针对给定港口尺寸、具体布雷数目，如何给出最优的布阵策略以获得最高的封锁概率，也是一个值得进一步研究的问题。为此，本文针对特定水雷当量，研究了两种类型舰船典型设备毁伤及船舯总体折断对应的阈值，并以此为港口水雷布阵输入条件，优化水雷组网布阵策略。具体的研究思路如下: 首先，以船体梁模型为研究对象，通过与已有实验对比研究，验证了声固耦合法的有效性。通过模拟典型舰船水下近场爆炸，总结了冲击波阶段和气泡脉动阶段舰船毁伤模式，重点分析了板架塑性变形、鞭状运动、总体折断等结构毁伤特征，深入研究了完整水下爆炸过程中船体结构的局部和总体毁伤特征，揭示了舰船结构的破坏模式。 其次，针对不同水雷布阵深度下舰船的毁伤效果，一方面，以舰载设备冲击环境是否到达国军标设计值为考核标准，计及气泡脉动对冲击环境的影响，通过插值方法计算了两种舰船上典型设备的毁伤深度阈值。另一方面，以船舯剖面塑性铰和上层甲板塑性应变大小为考核标准，确定了两种舰船总体折断对应的水雷布阵深度及角度范围。从而，能够建立了水雷布阵毁伤区域模型，得到不同毁伤效能需求下水雷布阵深度。 继而，计及水雷散布特性，建立了舰船目标不同通过方式下的港口封锁效能评估模型。通过蒙特卡罗算法验证了理论模型的有效性。重点分析了水雷布设精度、数量及毁伤半径对水雷散布概率的影响，总结了不同雷线宽度、水雷数量及舰船通过次序下舰船毁伤概率的变化规律。针对单枚水雷作用失效，分析了港口封锁效能的折减情况。此外，研究了水雷布设间距对舰船毁伤概率的影响，并以此为基础提出了水雷集中布设策略。 最后，基于已建立的港口水雷封锁作战模型提出了粒子群水雷布阵方法，通过带压缩因子的粒子群优化算法(YSPSO)优化水雷数量和坐标配置，并对比了常规布阵策略与粒子群布阵策略的封锁效能优劣。此外，针对单艘和多艘舰船通过雷障，重点探讨了二维水雷布阵策略。 |
| 作者： | 蔡尚 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 王诗平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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