考虑谱跌的舰载设备冲击响应谱分析法

在舰载机械设备的水下非接触爆炸冲击响应评估和抗冲击设计中,由给定的基础输入运动直接计算,如Duhamel积分,得出的响应谱不能作为谱分析计算输人谱,实际输入谱必须考虑"谱跌"的影响.文中结合-多自由度系统的冲击响应谱分析计算,解释了"谱跌"产生的原理,给出了"谱跌"谱的具体建立方法;运用DDAM对一推进轴系进行了冲击响应计算,得出了各轴承支撑处的最大变形,并提出了考虑推进轴转速条件下的响应谱分析方法;为检验舰载设备的抗冲能力和抗冲设计提供一种途径.     

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.     

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。     

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。     

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。     

潜艇内部液舱对声目标强度的影响分析

[目的]研究潜艇内部液舱对声目标强度控制的影响。[方法]采用基于Kirchhoff高频近似的板块元方法,计算并分析处于潜艇耐压壳体内部不同位置的液舱对目标强度的影响规律,研究4种液舱结构改进方案的目标强度控制效果。[结果]结果表明:内部液舱主要在1～3 kHz频段对目标强度有影响,其中处于舷侧中心线附近的内部液舱对目标强度影响不大,而处于舷侧底部的内部液舱则有较大影响;位于中心线附近的液舱内壁倾斜有利于降低正横目标强度,而位于底部的液舱内壁倾斜虽可大幅降低3 kHz以上频段的目标强度,但对1～3 kHz低频段目标强度的降低效果仍无法抵消存在内部液舱带来的影响。[结论]在潜艇设计中,需对内部液舱采取相应措施,减小其对目标强度的影响。     

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。     

不等间距分舱结构声辐射特性研究

研究舱段结构振动、声辐射特性随分舱形式改变的变化规律,对潜艇结构声学优化设计具有十分重要的意义。从结构声学设计的角度出发,在保持相邻两个舱段总长度不变的情况下,调整两个舱段的长度,采用结构有限元法、结构有限元耦合流体边界元方法,以辐射声功率、湿表面均方法向速度和辐射效率作为衡量结构噪声辐射能力的主要衡量指标,系统地研究整个结构振动和声辐射特性。在流体部分的计算中,采用网格重叠算法,以提高计算效率。通过调整分舱形式,在一定频段,改变了整个舱段结构振动声学传递函数的谱峰频率,降低了谱峰幅值,因此,可以通过改变分舱形式以改变舱段结构声学特性,使设备激振力的谱峰频率与结构振动声学传递函数的谱峰频率错开,实现对辐射噪声的控制。     

潜艇弹、刚性连接平台静动态响应分析

首先利用ANSYS程序分析了潜艇内部弹、刚性连接平台在受到静载荷和谐响应激励作用下的响应，然后利用LS-DYNA对潜艇典型舱段在受到水下近场爆炸冲击作用时弹、刚性连接平台的响应进行了研究，并进行了弹、刚性连接平台的静动态响应对比分析。     

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。     

利用DDAM方法分析舰用增压锅炉抗冲击特性

舰用设备的抗冲击能力关系到舰船生命力,是舰船抗冲击研究的重点.文中对动态设计分析方法(DDAM)进行详细介绍,采用DDAM对某舰用增压锅炉进行抗冲击分析,计及增压锅炉不同工作状态下内压变化对冲击响应的影响,计算结果得到了增压锅炉的抗冲击特性,表明工作状态使设备抗冲击能力降低,但DDAM分析工作应力对冲击响应的影响比较保守.本文旨在对舰用设备抗冲击分析设计提供参考.     

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。     

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。     

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。     

基于遗传算法改进的DDAM风机隔振装置抗冲击仿真实验

GJB-1060.1-91中舰船设备抗冲击性能动态设计分析方法(DDAM)是通过设备的应力评估其抗冲击性能,不能满足特定场合需要通过加速度响应评估设备抗冲击性能的需求。基于DDAM方法设计了船舶风机双层隔振装置的冲击谱,通过遗传算法和改进的递归数字滤波法得到冲击谱相应的时域信号,并进行了验证。结果表明,合成的时域冲击信号转换后的冲击谱与DDAM方法设计的冲击谱有很好的一致性,并且隔振系统在时域冲击信号和冲击谱激励下的最大应力误差为9.1%。基于冲击谱的时域信号计算了船舶风机双层隔振装置的应力和加速度冲击响应,拓展了GJB-1060.1-91中舰船设备抗冲击性能分析方法的工程应用。     

子模型方法在舰船设备连接结构强度研究中的应用

对子模型方法进行了详细的介绍,并以某舰用齿轮箱为计算模型,验证了冲击载荷下子模型方法计算舰船大型设备中的连接结构强度问题的有效性,其计算结果与常规计算方法的结果十分吻合．以某舰用齿轮箱为算例进行抗冲击计算,应用子模型方法对该齿轮箱连接构件进行了强度校核．计算结果表明,该齿轮箱的连接构件可以满足相关抗冲击要求,螺栓结构的动态响应特性与螺栓的连接形式有密切关系．研究结果对大型舰载设备连接构件的强度校核提供了新思路,具有一定的参考价值．     

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。     

不同主压载水舱状态下的双层圆柱壳冲击响应分析

对潜艇结构冲击响应（压力）的分析可以评价结构的抗冲击能力并为提高结构抗冲击性能提供依据。以双层圆柱壳为基础,建立有限元模型。利用仿真算法计算当双层圆柱壳结构在主压载水舱状态改变时,耐压壳与非耐压壳的压力响应,并对压力响应进行了分析。通过数据分析表明：主压载水舱的状态对潜艇主要结构响应有很大影响,尤其是对耐压壳、非耐压壳的压力响应及冲击波过后结构响应的衰减方式、频率都有明显影响。     

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。