舰艇气瓶基座结构抗冲击性能评估方法

[目的]基座结构作为连接潜艇设备与舰体结构的重要构件,其抗冲击性能对于舰艇生命力具有重要影响。使用等效静力载荷进行基座—设备抗冲击考核流程简便、计算效率较高,但其仅在低阶响应为主要破坏模式时精度较高。[方法]为此,以空气瓶—基座结构为分析对象,研究基座结构低阶模态质量占比不同时,等效静载荷考核与DDAM设计谱考核方式之间结构应力的相对误差,对比2种考核方式的应力分布关系,明确静G法抗冲击考核计算的具体适用范围。以潜艇结构实际冲击环境为输入载荷,对比分析动力学设计分析方法(DDAM)设计谱抗冲击考核计算结果与时间历程法考核结果的相对误差。[结果]结果显示,当舰艇设备结构的单阶模态质量占比较大时,使用静G法相较于DDAM谱分析方法具有较高的精度。对于安装于潜艇甲板部位的设备,GJB 1060抗冲击标准中规定的冲击载荷可基本等效为冲击因子0.7工况下且爆源均与基座结构在潜艇同一横截面上时的结构冲击环境。[结论]研究结果可为舰载设备抗冲击考核方法的选择提供一定的参考价值。     

水下爆炸下舰艇不同部位冲击环境数值分析

[目的]水下爆炸下的舰艇冲击环境是舰用设备抗冲击设计和评估的基础输入。[方法]采用数值方法研究某型船在水下爆炸下不同位置的冲击环境,流固耦合作用采用二阶双重渐近法(DAA_2)。首先选取不同的阻尼比等参数,然后使用不同安装频率的弹簧振子模拟弹性设备。[结果]研究获得了典型位置处与实船相吻合的冲击谱结果,并验证了DAA_2法的准确性和可靠性。在相同冲击输入下,利用振子计算得到不同安装位置的冲击响应并转换得到冲击环境,分析得到了冲击环境在全船上的分布和衰减规律。[结论]研究结果可为舰船设备抗冲击设计提供参考。     

200t级浮动冲击平台水下爆炸试验低频冲击响应数据分析

[目的]为了提高舰载设备抗冲击考核试验的标准性,[方法]分析200 t级浮动冲击平台舷侧16 m工况的水下爆炸试验低频振子冲击响应数据,给出浮动冲击平台低频冲击响应特性。[结果]结果表明,浮台横向和垂向的低频响应差异不明显,说明浮动冲击平台导流装置效果显著,至少在低频段可有效调节浮台垂向与横向的冲击强度比例;浮动冲击平台低频冲击谱的低频段和高频段存在拐点,低频拐点出现在约4 Hz处,高频拐点出现在约15 Hz处。[结论]浮动冲击平台不同部位的低频冲击响应相差不大,说明低频响应以浮台整体的刚体运动为主。     

潜艇设备冲击响应谱谱跌特性数值分析

[目的]设计冲击谱是舰载设备响应谱抗冲击分析的关键输入条件。为了研究大质量舰载设备安装后的谱跌特性,[方法]以潜艇为例,通过对舱段结构的有限元数值模拟,研究舰载设备在不同连接方式下冲击谱随质量及刚度变化的规律,并与目前广泛采用的国军标GJB 1060.1-91给出的冲击设计谱进行对比。[结果]结果表明:对于单自由度系统,在低频段(位移段)和高频段(加速度段),国军标给出的冲击谱更保守;在中频段(速度段),研究得到的响应谱大于国军标给出的响应谱。对于多自由度系统,依据国军标给出的方法忽略模态间的相互作用将导致计算偏于保守。此外,设备与舱段的连接方式对设备响应谱存在明显影响。[结论]研究得到的各种因素对谱跌特性的影响规律,对潜艇大型设备的抗冲击设计具有借鉴意义。     

弹性隔离安装设备抗冲击设计指标影响因素分析

[目的]舰船弹性隔离系统设备系统的抗冲击标准均是针对隔离系统整体,没有给出设备本体抗冲击设计指标分解方法,限制了装备系统抗冲击论证和研制。[方法]为解决该矛盾,采用有限元分析方法,对弹性安装设备系统冲击环境的主要影响因素进行计算和分析,包括设备重量、重心位置、面积尺寸等,构建集中质量系统来模拟隔离安装的设备本体冲击环境计算模型,并对某双层隔离设备抗冲击指标进行分析计算,给出设备本体的冲击环境。[结果]结果显示,设备重量的影响最显著,并且在基础阻抗更小的甲板区域上,重量的影响效果更明显;重心位置和基座面积尺寸对冲击环境的影响可忽略。[结论]利用提出的分析模型,可实现对标准输入冲击谱的分解,得到弹性隔离安装设备抗冲击设计指标,从而指导后续设备本体抗冲击设计。     

重型弹性安装设备非标冲击试验考核方法研究

根据现行的舰船设备抗冲击试验考核标准GJB150.18-86,质量大于2.7 t的重型设备需在标准浮动冲击平台(以下简称浮台)上进行冲击试验考核,合格后方可装舰。对于给定时域冲击载荷的重型弹性安装设备的试验考核,则是一个需要解决的问题。该文首先采用目前描述冲击或作用在设备上的瞬态载荷最为广泛的间接方法即冲击谱方法对此时域载荷进行了描述,并将其与浮台冲击谱进行了比较,采用安装频率处谱值等效的方法来确定时域载荷和浮台冲击谱对考核结果是否具备一致性。接着,对一重型弹性安装设备在浮台上按照设计载荷的要求进行了试验,发现浮台低频段由于气泡脉动的影响在其倍频程处呈现振荡效应,影响设备低频段响应的主要因素包括气泡脉动频率、设备安装频率和气泡驱动因子等。最后,通过设置合理的工况,达到了预期的要求。     

一种优化大型浮动冲击平台输入环境的斜挡板结构设计

[目的]为了考核在接近实战条件下舰载设备的抗冲击能力,[方法]设计并建造大型浮动冲击平台(LFSP),增加冲击载荷的斜挡板结构,在4种具有不同配重、爆源距离及爆源布深的标准考核工况下,对非标试验系统LFSP提供的冲击环境开展仿真和水下爆炸标定试验。针对试验测量信号的低频成分进行分析及处理,并与仿真结果进行相似性分析。[结果]获得了LFSP在标准工况下所能提供的考核能力,证明斜挡板结构的建立满足规范冲击环境的横垂比要求。[结论]所得结果拓宽了后续的LFSP标定试验范围,有利于对更多的舰载设备进行抗冲击性能试验考核。     

基于一方程转捩模型的狭缝冲击射流传热数值模拟

[目的]由于冲击射流现象涉及层流—湍流转捩、极强的逆压梯度和分离流问题,导致传统湍流模型无法对其准确预测。为了研究湍流模型在多种条件下的鲁棒性,[方法]采用基于转捩机理的一方程转捩模型,预测以局部努塞尔数(Nu)来衡量的狭缝冲击射流的传热特征。在冲击距离范围为4≤H/B≤9.2时,对稳态和脉动冲击射流传热问题进行研究。[结果]结果表明,在H/B=4时,一方程转捩模型准确地捕捉了受转捩影响的局部努塞尔数第2峰值的大小和位置;在H/B=9.2时,该模型避免了大多数传统雷诺时均模型(RANS)中出现的假第2峰值,获得了更符合实验结果的传热分布规律。[结论]在较大的H/B范围内,一方程转捩模型能够准确预测狭缝冲击射流的传热分布,表现出良好的鲁棒性。     

舰船甲板等效动力模型分析

舰船甲板作为甲板安装设备的基础,甲板动力模型对设备承受的冲击有很大影响。利用甲板的模态信息,合理的假设条件,提出甲板单自由度等效动力模型和两自由度等效动力模型。应用德国舰船抗冲击规范BV043/85规定的正负三角波载荷,对等效模型和有限元真实甲板模型抗冲击分析,比较了有限元模型和单自由度、两自由度等效动力模型的位移、速度、加速度以及冲击反应谱。结果表明提出的等效动力模型是正确的。两自由度等效动力模型较之单自由度等效动力模型,能更加真实反映甲板高频特性。     

摆锤式冲击台与浮动冲击平台冲击动力特性对比试验研究

利用某型泵的摆锤式冲击台冲击试验结果和某大型装备浮台冲击试验结果,对比摆锤式冲击台与浮动冲击平台冲击动力特性。通过2种冲击方式时间历程分析和冲击谱的试验结果的对比分析,发现存在设备通过了冲击试验机试验考核,但是在浮动冲击平台条件下舰载设备不能够满足抗冲击要求的风险。     

舰船弹性安装设备抗冲击设计的“谱跌”问题研究

研究在应用冲击谱进行舰艇设备抗冲击性能设计时,由于基础的弹性引起的冲击谱设计谱值的变化规律.利用二自由度模型简化舰艇设备安装模型,通过对二自由度模型基础冲击谱的分析,得出在设备的自身固有频率处,基础的冲击谱存在峰值的突降.在设备自身固有频率和基础固有频率接近,或设备质量大于0.2倍基础质量时,必须考虑"谱跌"因素的影响.多自由度系统中具有相同的"谱跌"现象和规律.     

水下爆炸气泡对舰船冲击环境的影响

[目的]为了优化舰船冲击环境预报载荷体系及研究气泡脉动压力对舰船冲击环境的影响,[方法]基于ABAQUS有限元分析软件,采用声固耦合方法模拟某舰水下非接触爆炸特性,通过与现有文献实验数据的对比验证该方法的有效性。在此基础上,针对水下爆炸气泡脉动压力进行冲击环境特性的研究。[结果]结果表明:气泡脉动压力对舰船低频响应有放大作用,垂向冲击谱值的影响要大于其他2个方向;上层甲板受气泡脉动的影响仍然较大,验证了甲板低频响应的衰减规律;对水下爆炸实验和冲击环境进行预报时,计算时间选取为1.5倍气泡一次脉动周期才可得到较准确的冲击环境数据,以此来验证海军标的准确性。[结论]研究结果有利于优化舰船冲击环境预报流程中各参数的选取,并可用于指导舰船冲击环境的预报。     

冲击响应谱在冲击试验中的应用研究

传统的冲击试验一般以标准的脉冲波形作为冲击输入，而未考虑结构对冲击的响应，因此缺乏对冲击环境模拟的真实性。本文介绍了，以冲击响应谱等效方法进行冲击试验的技术途径，阐述了冲击响应谱的基本概念、计算模型及其在冲击试验中的具体应用方法。     

正负三角波在舰艇抗冲击设计中的应用

前联邦德国国防军舰建造规范BV043/85规定,由冲击反应谱转换到正负三角波载荷,加载该载荷考核舰船设备抗冲击性能。文中通过理论推导,得到具体应用公式。分析了该正负三角波的冲击谱特性,其在低频等位移段提高了反应谱值,在中频段和高频段(等速度段和等加速度段)降低了反应谱值。以水面舰艇甲板安装设备为例,应用该载荷进行设备抗冲击分析,与反应谱方法的结果进行比较,应用反应谱分析方法得到的设备最大位移和应力值约为应用正负三角波方法的1.2～1.3倍。     

考虑细长杆件不同坠落角度的海洋平台甲板损伤预报方法

[目的]在海洋平台吊装作业中,因吊机设备老化以及违规操作等而造成的坠物事故在海洋平台作业中时有发生,其中在杆件结构,如套管、钻铤等设备方面的问题最为常见,因杆件坠落时接触面积小,常会导致板架结构的损伤破坏。[方法]选取细长杆件坠物撞击甲板结构的场景开展结构损伤研究。在此基础上,考虑坠落角度对结构损伤的影响,确定结构损伤变形模型,并运用塑性力学理论,建立考虑杆件坠落角度影响的结构损伤解析预报方法。[结果]结果显示,小角度坠落场景下的结构损伤变形大,结构吸能高,根据结构响应可将坠落角度分为4个角度区间;解析计算结果与仿真计算得到的吸能曲线在数值以及变化趋势上相近。[结论]在杆状结构以一定角度撞击甲板结构时,甲板产生的塑性变形区域形状会随着撞深而产生变化,针对各阶段甲板变形特点的解析计算对海洋平台甲板板架结构抗撞设计评估具有一定的指导意义。     

舰艇导弹发射装置冲击仿真

舰船设备抗冲击性能是评价舰艇生命力的重要因素之一。应用美国海军用以考核舰船设备抗冲击性能的动态设计分析方法(DDAM),考核舰船甲板设备四联装导弹发射装置的抗冲击性能。通过模态理论分析,导出DDAM方法中的重要概念模态质量。仿真结果表明,四联装导弹发射设备横向冲击位移响应最大,纵向冲击Mises应力最大,并超出材料许用应力范围,抗冲击性能不能满足舰船设备抗冲击考核要求。垂向抗冲击性能和纵向抗冲击性能达到舰船设备抗冲击考核要求。     

直升机甲板电气系统设计

介绍海工平台直升机甲板,引入英国民航CAP437对直升机甲板电气系统设备的配置及安装要求。详细介绍甲板照明系统和环境监测系统设备,并简要说明通信系统设备。根据直升机甲板无障碍区和障碍限制区的不同要求,介绍电气设备安装的注意要点,为满足英国民航CAP437的要求提供安装技术支持。     

基于时域分析的设备抗冲击连接件简化方法

[目的]螺栓、柱销作为舰载设备安装的重要连接件,在评估过程中合理简化仿真的方法可显著节约计算成本,提高计算效率。[方法]基于设备抗冲击时域计算方法,选取含有大量螺栓和柱销连接件的某船用电机作为分析对象,首先采用Bushing单元对螺栓、柱销进行模拟,得到在冲击载荷作用下不同阶段设备连接的刚度特性及设备连接的等效动力学模型。然后,对电机进行时域仿真评估,将仿真结果与浮动冲击平台的实验结果进行对比,以验证简化方法的可靠性和有效性。最后,在此基础上分析得到大型设备连接件在冲击载荷作用下的失效评估准则。[结果]结果显示,仿真和试验得到的基础载荷与设备动响应值之间的偏差小于10%,表明简化方法有效、可靠。[结论]研究所得结果可为后续仿真分析提供一定的参考。     

水下爆炸荷载作用下水面舰船设备冲击环境预报方法研究

利用MSC.DYTRAN有限元软件,采用冲击谱的描述方法,以舰艇结构加速度响应作为输入,对大型舰船设备在水下爆炸荷载作用下的冲击环境进行数值仿真。在分析该类型舰船设备冲击环境特点的基础上,通过对不同爆炸冲击因子作用下数值仿真结果的对比分析,归纳出爆炸冲击因子与设备冲击环境关系,并给出水面舰船设备冲击环境的预报公式。该预报公式计算结果与采用有限元方法得到的数值计算结果吻合良好。     

舰载机发动机冲击射流温度场及噪声特性分析

[目的]偏转角对偏流板附近温度分布及辐射噪声大小的影响较大,适当的偏转角可以扩大舰载机周围安全区域范围。[方法]分析某型发动机尾喷管在全加力状态下,不同偏转角(β=35°,45°,55°)及不同监测距离(S=20D,30D,50D,80D)下偏流板附近的流场、温度场及声场特性。利用大涡模拟(LES)和声类比方法建立超声速射流冲击斜板计算模型,然后通过实验数据验证模型的正确性。[结果]结果显示,偏转角可改变温度场的分布,在β=45°时偏流板导流效果较好,板后人员及设备能得到最有效的保护,且偏流板逆流侧高温回流对舰载机后机轮基本无影响;偏转角对远场辐射噪声的影响较大,在S=40D时总声压级随偏转角的增大而增大,β=35°时影响舰员正常工作的噪声辐射范围最小。[结论]研究表明,虽然在β=45°时偏流板附近的舰员及设备所受的高温及噪声威胁最小,但为保证舰员在任何角度下都能正常工作,还是需要与尾喷管保持80D以上的距离。