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。     

宽浅吃水船型冲击环境特性分析

冲击环境预报是对舰载设备进行抗冲击能力评估的重要手段。采用多域耦合数值仿真模拟宽浅吃水船型遭受水下爆炸,计算了全船各典型位置处的冲击响应并转化成冲击环境,从船长、船宽与型深3个主尺度方向进行全船冲击环境特性分析,得到了全船冲击环境的分布与衰减规律。研究结果可为宽浅吃水船型舰载设备抗冲击设计提供载荷输入,同时可为宽浅吃水船型抗冲击设计提供参考。     

空中爆炸载荷作用下舰船水密门抗冲击分析

选取典型空中爆炸载荷工况,应用ls-dyna实时模拟空中爆炸载荷,研究不同结构形式对水密门冲击响应的影响。通过对2种结构水密门设备分别进行抗冲击实例计算,实现了水密门结构在空爆冲击下的运动响应过程。对比研究结构最大应力、应变特征参数,分析得出不同结构水密门最大应力位置规律及结构冲击特点,获取水密门设备最大响应位移,指出板架加强结构可以有效地减小水密门整体最大应变值和最大位移,为舰载设备抗冲击分析、优化设计提供技术路径。     

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。     

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。     

舰用设备与船体一体化强度评估方法研究

舰载复杂设备与船体之间的弹性耦合效应不可忽略,在进行舰载大型设备抗冲击数值实验时必须确定合理的技术来妥善处理外部冲击环境、舰体结构、局部结构和舰用设备之间的关系。基于主从系统耦合振动理论,以舰用炮塔结构为研究对象,设计多种冲击输入对非一体化与一体化舰炮结构进行抗冲击数值计算,并将计算结果进行对比分析,对舰用设备抗冲击分析方法以及适用范围进行探讨,旨在寻找一套适合我国国情的舰用设备抗冲击的研究方法,为舰用设备抗冲击性能设计及性能评估提供参考。     

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。     

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。     

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。     

基于拉依达准则的舰载设备抗冲击薄弱环节判定

舰载设备的抗冲击能力对提高舰船战斗力和生命力有十分重要的意义。通过对冲击载荷作用下舰载设备的动态响应进行统计分析,发现其结构响应的频率特性与对数正态分布十分符合。成功将拉依达准则应用于舰载设备抗冲击薄弱环节的判定。通过与频率计算法进行对比分析,验证了应用拉依达准则对舰载设备抗冲击薄弱环节进行判定的可行性,同时也发现了频率计算法的不足之处。作为算例,分别应用频率计算法和拉依达准则对其抗冲击薄弱环节进行判定。计算结果表明,拉依达准则判定法的计算结果更加准确而全面。     

带限位隔振系统冲击响应分析

为提高舰载设备的抗冲击能力,利用ANSYS中的弹簧间隙单元构建有限元模型,通过仿真计算分析限位器刚度参数对隔振系统抗冲击性能的影响,揭示二次冲击问题产生的原因并给出合理建议。研究结果表明:在任一安装间隙下,随刚度比的增加,被隔振设备的相对位移响应逐渐减小,加速度响应迅速增加,二者呈负相关;二次冲击问题不受传统限位器刚度大小影响,但通过合理选用限位器参数或设计新型大阻尼限位结构可有效改善二次冲击的影响,进而提高舰载设备的抗冲击性能。     

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。     

分配电箱冲击试验与数值仿真

冲击试验是舰用设备抗冲击特性研究的重要手段。对处于正常通电工作状态下的装有减振器的分配电箱进行冲击试验,采集加速度响应数据,通过处理,将其作为仿真研究的依据。利用有限元分析软件ANSYS计算分配电箱在实际冲击工况下的加速度响应,并与试验结果进行比较,分析造成两者差异的原因,总结分配电箱的抗冲击规律。     

水下爆炸载荷作用下舰船重要设备冲击加速度预报

预报舰船设备在水下爆炸载荷作用下的冲击环境,为选择设备提供依据,利用商用有限元软件MSC.Dytran边界加载的方法对整船响应情况进行仿真。在设备和船体基座之间安装隔振设备,大大提高了设备的抗冲击能力。计算结果对舰船抗爆抗冲击设计具有一定的参考价值。     

实尺度舰船舱内炮弹静爆试验方法

[目的]为提高舰船在舰炮攻击下舱室损伤特性的等效性,更好地反映实船舱内炮弹爆炸对船体结构、设备和人员的毁伤特性,[方法]采用实船舱室模型进行炮弹舱内静爆试验,以得到舱内静爆冲击波的超压、准静态超压、结构应变等数据处理方法,最终得到实验爆源、舱室结构、设备和人体模型的简化方法及设计制作要求。[结果]根据试验结果,总结出局部花瓣破口(Ⅰ)、边界剪切断裂(Ⅱ)和板架大变形(Ⅲ)3种舱室结构的损伤模式及其判据。其中,新提出的损伤模式Ⅰ的判据为爆距小于0.25倍板架宽且爆源能量大于板的弯曲塑性变形能。[结论]该研究将前人总结的矩形板架爆炸变形破损模式进行了拓展,所得结果可为舰船抗爆校核评估与防护设计提供参考。     

耐压抗冲覆盖层在水下爆炸载荷作用下的冲击防护特性

[目的]为提高潜艇在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能,[方法]基于潜艇冲击环境的特殊性,提出适用于其的耐压抗冲覆盖层结构,即塑性泡沫与橡胶复合的耐压抗冲覆盖层结构。运用数值仿真软件Abaqus/Explicit分析耐压抗冲覆盖层在静水压力和冲击载荷共同作用下的动态响应。[结果]结果表明:当静水压力不超过覆盖层的屈服强度时,覆盖层的变形很小,可以有效降低冲击载荷;当静水压力超过覆盖层的屈服强度时,覆盖层的变形很大,其抗冲击效果也有所下降。因此,耐压抗冲覆盖层的屈服强度应大于冲击环境的静水压力,同时应注意避免覆盖层发生密实化。[结论]研究成果可为潜艇抗冲覆盖层的设计及研究提供参考。     

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。     

水下爆炸作用下船舶结构与燃气轮机动态响应的数值研究

本文对水下爆炸作用下舰船结构及燃气轮机结构冲击响应进行了数值研究.首先,基于CEL方法建立了近自由面水下爆炸流固耦合动力学模型.然后结合燃气轮机-船体一体化仿真分析方法,对不同水下爆炸工况下的舰船结构冲击环境,以及燃气轮机冲击损伤特性进行了评估分析,总结了工况参数对燃气轮机冲击响应特征的影响规律,旨在为舰用燃气轮机抗冲击设计提供技术参考.     

舰载雷达TR组件冲击计算方法分析

为满足舰载雷达的关键部件TR组件抗冲击和轻量化设计要求,采用DDAM和时域模拟法分别对TR组件进行冲击计算分析.由计算结果可知,2种冲击计算方法得到的应力分布区域和危险区域基本一致,3个冲击方向上最大应力均位于其后侧导向销上,且应力值均小于相应材料的屈服强度,垂向冲击应力最大,时域模拟法计算应力值小于DDAM,但计算时间明显高于DDAM.此外,通过分析TR组件冲击应力分布情况,提出了结构优化改进建议.对于TR组件这种位于舰船桅杆区重量控制严格的舰载设备,建议采用计算精度高且计算结果完善合理的时域模拟法代替DDAM进行冲击计算分析.研究结果可为舰载设备抗冲击轻量化设计提供理论支撑.     

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。