舰船设备冲击响应计算方法等效性研究

DDAM法和时域模拟法是舰船设备抗冲击性能设计与评估的主要计算方法,两种方法冲击输入载荷条件的等效性和预报结果的等效性直接影响其适用范围.对舰用设备在水下爆炸作用下的冲击环境描述的系统分析,提出了频域计算方法和时域计算方法所要求冲击输入载荷的等效条件.利用算例比较了等效冲击输入下舰用设备冲击响应计算结果的差异,通过定量分析明确了不同计算方法在舰船设备抗冲击性能分析中的适用阶段和范围,为舰船设备抗冲击设计和评估提供参考.     

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。     

隔振腔四层减振系统的仿真设计

隔振腔作为伽玛定位仪器的三个减振环节之一,其动力学模型及其特征参数都比较复杂。本文在隔振腔动力学简化模型的基础上,建立隔振腔的四层动力学微分方程组,输入各层的等效虎克系数和等效阻尼,通过采用MATLAB软件对动力学微分方程组的数值仿真计算,来准确表达系统的输出响应特性。清华大学力学实验室对隔振腔进行了多组冲击载荷实验测试,证明模型的建立和特征参数设计的正确性。     

深井抗振仪器减振腔的减振仿真设计

深井抗振仪器工作在井下2000~4500m,工作时须承受聚能弹的爆破冲击,因此有效的抗振设计是实现该仪器在恶劣条件下工作的关键。减振腔是抗振仪器的3个减振环节之一,其动力学模型及其特征参数都比较复杂。在减振腔动力学简化模型的基础上,建立减振腔的4层动力学微分方程组,输入各层的等效虎克系数和等效阻尼,采用MATLAB软件对动力学微分方程组的仿真计算,来准确表达系统的输出响应特性。在清华大学力学实验室对减振腔进行了多组冲击载荷实验,试验结果与仿真输出基本一致,证明模型的建立和特征参数设计的正确性。     

设备典型接合面的刚度线性化处理方法研究

舰艇设备结构复杂,存在大量的接合面,冲击载荷通过接合面来传递,因此接合面的动力学特性模拟是冲击情况下舰艇设备动响应计算的关键技术。文章选取一舰艇设备进行有限元模拟,利用刚度等效与动力等效的方法对设备典型接合面间的刚度进行线性化处理。利用试验获得的设备基础冲击环境数据作为输入载荷,采用动力设计分析方法对设备进行动响应计算,并与试验结果进行对比,结果表明文中给出的接合面刚度线性化处理方法满足工程需要。     

甲板模拟器对浮动冲击平台冲击环境的调节数值分析

[目的]为研究安装了甲板模拟器的浮动冲击平台(FSP)系统对舰载设备考核的机理,[方法]建立平台—甲板模拟器—设备系统有限元模型和力学模型,并开展数值模拟分析。通过改变甲板模拟器的固有属性,提出以不同的甲板模拟器调节设备考核中的冲击输入,以满足设备冲击试验的要求。[结果]结果表明:当未安装设备时,甲板模拟器上的冲击谱曲线在自身固有频率处出现峰值;而安装设备时,不同的甲板模拟器可实现对冲击谱峰值的控制。[结论]因此,甲板模拟器与设备的相互作用改变了设备安装频率附近范围的冲击谱峰值,可以实现对设备冲击输入的调频作用。     

隔振系统基于折减矩形脉冲的DDAM时域等效算法

与逐步积分法等时域响应计算方法相比，动态设计分析方法（DDAM）在很多船舶设备的冲击响应计算中有一定局限性。为了将DDAM冲击谱转化为时域冲击输入，对时域算法展开研究，分析DDAM的时域等效条件以及参数的影响，总结计算方法，并通过隔振系统冲击算例验证时域等效DDAM的可行性。研究表明，基于折减矩形波脉冲的时域算法能够等效替代DDAM，并克服了DDAM无法解决隔振器限位等非线性冲击计算问题。     

减振腔冲击特性的试验研究

某舰载核探测设备在爆破冲击作用下,易造成核心探测器件的破坏和失效,由此设计了减振腔结构以实现缓冲和减振.采用电动振动测试系统产生的半正弦冲击波,对减振腔进行了多组冲击载荷试验,获得了减振腔在输入系列冲击振动载荷下系统输入 - 输出特性的数据,通过分析计算得到了系统的减振比.结果表明,减振腔系统具有良好的抗冲隔振性能.     

水下近场爆炸双层防护结构抗爆能力的数值模拟分析

同步考虑水下近场爆炸冲击波载荷与气泡射流载荷的作用,综合分析双层防护结构型式及尺度对其抗爆能力的影响,可为双层防护结构的抗爆设计提供直接技术支持。采用基于欧拉法的气泡动力学程序模拟气泡的近壁脉动过程,基于能量等效原则,将射流水柱对结构的冲击简化为等效的射流载荷,通过编制MSC.Dytran软件子程序,在冲击波数值模拟阶段后自动添加等效射流载荷,实现更接近实际情况的双层防护结构遭受水下近场爆炸过程的数值模拟。以内壳单位板厚变形能表征双层防护结构的抗爆能力强弱,通过改变结构型式与尺寸参数,对不同支撑结构板厚、内壳板厚和内外壳间距下结构的抗爆能力进行批量计算,以结构总重和抗爆能力为双重目标,借鉴多目标优化思想,得到双层结构抗爆能力的最优解集。计算结果表明:当内外壳厚度及其间距一定时,存在最佳支撑结构板厚;在同等结构重量情况下,Y型双层结构能提供更强的抗爆能力。     

带分段限位刚度的双向限位单层隔振系统冲击动力学理论模型研究

[目的]针对在冲击激励作用下带限位器的隔振系统刚度呈非线性变化的问题,开展冲击动力学理论模型及其抗冲击性能研究。[方法]首先,利用分段线性等效思想,建立带分段线性刚度限位器的双向限位单层隔振系统冲击动力学理论模型;然后,利用解析法对理论模型进行解析求解,并与不同冲击工况下的有限元法冲击响应进行对比验证。[结果]在不同的冲击工况下,动力学理论模型的解析解与有限元数值解具有高度的一致性。[结论]通过对比分析,验证了带分段限位刚度的双向限位单层隔振系统冲击动力学理论模型及求解方法的准确性,可为带限位器隔振系统的工作原理与性能特点研究提供理论依据。