引 言
舰船在战斗中不可避免的会遭到敌方武器的袭击。对于沉底水雷、深水炸弹等武器通常在离舰船数米至上百米的位置爆炸即所谓非接触水下爆炸。这种爆炸通常不会使船体产生严重的破损而导致舰船的沉没，但是可能引起船体剧烈的振动和较大塑性变形，导致船上各类重要设备广泛的冲击破坏及船只总体结构的破损，使舰船失去战斗力[1]。因此，舰船非接触水下爆炸作用下的响应问题愈来愈引起人们的关注。鉴于实船爆炸实验需要巨额的经费，许多国家不得不望而却步，而利用爆炸水池进行模型试验，由于物理模型存在着一定的尺度效应及加工工艺等问题，很难利用现有的相似准则理论将模型试验结果转换到真实的舰船上。并且爆炸水池仅适用于小尺度物体小装药量的模型试验，而且模型试验的结果也存在着一定的误差和随机性。
随着近年来计算技术的长足进步，国际上相继出现很多种大型有限元动力分析软件（例如abaqus、ansys/ls-dyna、msc/dytran等），这使得有限元仿真成为计算舰船冲击响应的切实可行的办法。abaqus被广泛地认为是功能超强的非线性有限元软件，它可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。abaqus对于舰船水下爆炸数值计算方面有一些独到的分析能力，分析内容包括准确地模拟水下爆炸对船体的影响、水下噪声分析、潜艇的整体结构和各部件的设计和鱼雷导弹的发射研究等诸多的线性和非线性的问题，以及核动力及核安全装置的安全性问题。abaqus在处理水下爆炸冲击载荷时，采用经验或理论公式来计算流场中冲击波传播过程中最先到达结构表面的点处的压力或加速度时历曲线，然后abaqus自动计算流场中的压力分布，而不是通过流场单元进行计算，所以就没有远场爆炸压力衰减的问题出现。同样在计算气泡压力时也是如此，abaqus绕过了水下爆炸载荷的复杂计算，直接把压力场加载到所关心的水下结构物上。所以这种方法计算速度快，结果比较可信。
1 水下爆炸载荷的特点
爆炸载荷一般呈现两个阶段，冲击波阶段和气泡脉动阶段。在冲击波阶段，冲击波波头具有突跃形式，幅值迅速达到最大，突越后紧接着近似于按指数规律衰减[2]，衰减后持续时间不超过数毫秒；在气泡脉动阶段，爆炸产物在水中形成膨胀收缩气泡的脉动压力对舰船产生的作用称之为冲荡(whipping)或振荡效应。当冲击波过后，爆炸的气体生成物（气泡）在冲击波辐射后，以逐渐衰减的速度继续膨胀。气泡内压力不断减少直到少于环境压力。当气泡半径达到最大时，此时气泡内部压力最小，气泡开始收缩。由于此时环境比气泡内部压力大得多，气泡迅速坍塌至最小，同时气泡又开始膨胀，向外流场辐射二次压力波。一旦气泡半径在第二次达到最大时，气泡又开始收缩。同样的膨胀收缩重复好几次。在气泡脉动期间，由于浮力的作用下气泡不断往上升。当气泡到达自由表面时气泡破灭。前者容易造成舰船结构局部板的严重破损；而后者容易使船体产生振荡，从而造成严重的总体结构破损。振荡是整个船体在低频垂向振动模态上的一种弯曲运动。分析表明，对于非接触爆炸，为这种弯曲运动提供能量的正是爆炸气体形成的膨胀收缩气泡脉动压力。因而，对于船体总体振荡破坏，气泡脉动压力是一个作用显著的原因，由于一次气泡脉动后，气泡内的剩余能两只有初始能量的7%左右，所以一般只考虑气泡一次脉动对船体破环的影响。水下爆炸过程和产生的爆炸载荷如下图所示：
2 abaqus在舰船水下爆炸数值实验中的应用
2.1 abaqus与其它软件的接口
在进行舰船水下爆炸数值计算的过程中，业界往往采用有限元的方法进行，而有限元软件的利用也有其不同的效果。能够进行水下爆炸数值实验的软件有abaqus，ansys/ls-dyna，msc/dytran等等，而本文着重针对abaqus软件在舰船水下爆炸计算中的应用研究进行阐述。同时给出几种典型的水下爆炸模型，分别加以分析和研究：
abaqus/cae提供很方便的前处理功能，易学易懂，借助abaqus中嵌入的脚本语言python建立任意复杂的有限元模型。当然也可以从其它专业建模软件(如pro/e,autocad)中导入,或者在其他前处理软件（如hypermesh）中划分网格后直接用里面的abaqus模板生成*.inp文件。如果有已经建好的其他有限元模型也可以自己编程转换。本文是利用编程手段将ls-dyna下已有的模型转成abaqus下的模型。如图：
图3中的模型是某i型舰船利用ls-dyna进行计算的有限元模型，该模型可以代表一系列水面舰船。图4中模型是经过转换的abaqus模型。经转换的abaqus模型具有原软件设置的单元属性，具有原软件划分的网格特性，可以在abaqus软件中直接进行计算。对于其他结构，均能够进行相应的转换。
2.2 abaqus在水面舰船水下爆炸中的应用
下面给出一个水面舰船在无限水域内遭受爆炸冲击波作用的原
