三维复杂弹性耦合冲击隔离系统建模研究

针对带弹性筏体和弹性基础的三维复杂弹性耦合冲击隔离系统,综合运用多体动力学理论、结构动力学理论、子结构方法、有限元方法,考虑系统刚体运动与弹性振动的耦合,建立了三维复杂弹性耦合冲击隔离系统的动力学模型;编写计算程序计算系统的固有频率,并与用ANSYS软件建模计算的固有频率和实验值进行比较,结果吻合得较好,通过试验工况下计算的机组加速度响应与实测结果的比较,验证了模型的正确性;最后计算分析系统在三向冲击激励下的动力学响应,为分析浮筏系统的冲击响应控制和参数优化奠定理论基础。     

弹性浮筏系统动力学建模及冲击响应分析

浮筏隔振系统是一种集集中质量,弹簧,阻尼和弹性连续体为一体的复杂动力学系统,被广泛应用于船舶重要设备的振动隔离.本文以多体动力学和结构动力学为理论基础,对弹性浮筏隔振系统进行动力学建模,考虑筏体的刚体运动和弹性变形的耦合,由此推导出整个隔振系统的动力学振动方程.结合具体的算例,求出了弹性浮筏隔振系统的固有频率和对不同冲击激励的响应,指出了筏体的弹性变形对系统动力学性能的影响,揭示了弹性模型的全面性和合理性.该研究可对浮筏系统的优化设计提供理论依据和参考,有一定的工程意义.     

海底悬跨管道在内流影响下的动力响应研究

海底管道是海洋油气工程的重要组成部分.如何保障海底管道的安全是设计和研究人员十分关心的问题之一.本文结合工程实际情况,应用有限元数值模型的耦合计算探讨了内流对海底悬跨管道动力响应的影响.针对水平输油悬跨管道,采用三维弹性动力学方程模拟管道,内部流体采用层流模型.通过在流固边界上反复迭代,进行管道及其内部流体系统的三维流固全耦合计算,得到管流耦合系统的固有频率,并与其它频率计算方法的计算结果进行了比较.同时对冲击载荷和波浪载荷作用下,不同流速内流对海底管道动力响应的影响进行了计算和比较分析.     

水射流冲击作用下船体板架动响应分析

水射流冲击是一个极为复杂的流固耦合问题。目前大多数计算模型都是基于一定的假设,例如流体不可压缩,结构为刚性体等。本文基于三维波动方程,考虑流场可压缩性,计及水弹性的影响,采用双渐进法对流场进行求解,采用Abaqus软件模拟板架结构在水柱冲击下的动响应,实现了流体与板架结构的耦合求解,并分别分析了平板和加筋板在水柱冲击作用下的动响应。数值研究表明,冲击区域的中心处受到较大的瞬态冲击,冲击速度改变了射流冲击载荷的大小,使冲击响应随着冲击速度的增加而增大。而板厚的增加改变了板的刚度,对射流冲击具有良好的抵抗作用。     

遗传算法在冲击隔离系统优化设计的应用

利用智能遗传算法实现冲击隔离系统的最优化设计。通过遗传算法搜索出隔离系统中最佳的作用力使得此隔离系统的性能达到其极限，即在受到冲击时位移响应最小。计算结果表明这种算法在冲击隔离系统的最优化设计中具有较好的效果。     

船舶浮筏系统的振动及抗冲击特性分析

利用刚体与弹性体结合的分析方法对某船舶浮筏系统的振动及抗冲击特性进行了分析。在多刚体的基础上，建立了浮筏系统振动及冲击响应计算的数学模型。利用在基础受到多向加速度冲击作用下的浮筏系统响应的数值仿真计算，分析了系统的动力学特性以及对于不同波形多向加速度冲击的响应特性。并且采用有限元技术，分析了筏体的振动模态对浮筏系统的影响。     

带限位器双层隔振系统的冲击响应研究

通过一种非线性分解，把非线性弹性恢复力分解成一个线性恢复力与一个剩余非线性虚伪力，解决带限位器的非线性冲击隔离系统的冲击响应计算问题。并以一个双层隔冲系统为例，计算分析了限位器刚度和间隙等因素对冲击响应的影响。     

带限位器双层隔振系统的冲击响应研究

通过一种非线性分解,把非线性弹性恢复力分解成一个线性恢复力与一个剩余非线性虚伪力,解决带限位器的非线性冲击隔离系统的冲击响应计算问题.并以一个双层隔冲系统为例,计算分析了限位器刚度和间隙等因素对冲击响应的影响.     

船舶浮筏系统的振动及抗冲击特性分析

利用刚体与弹性体结合的分析方法对某船舶浮筏系统的振动及抗冲击特性进行了分析.在多刚体的基础上,建立了浮筏系统振动及冲击响应计算的数学模型.利用在基础受到多向加速度冲击作用下的浮筏系统响应的数值仿真计算,分析了系统的动力学特性以及对于不同波形多向加速度冲击的响应特性.并且采用有限元技术,分析了筏体的振动模态对浮筏系统的影响.     

多自由度刚体隔振系统冲击响应计算方法

现代舰船设计要求对机械设备隔振系统进行冲击校核。目前,我国舰船设备隔振系统的冲击响应计算主要采用GJB 1060.1-91《舰船环境条件要求——机械环境》中的方法。但该标准给出的多自由度系统动力学模型针对的是多质量且每个质量具有单自由度的系统,而一般隔振系统多为单质量、六自由度系统,因此该模型并不适用于多数实际的隔振系统。以该标准为基础,应用DDAM方法中的三维主模态理论,建立一种单质量、六自由度隔振系统的冲击响应计算模型,可反映出隔振系统的六阶振动模态在冲击响应中的参与程度,从而更准确地描述实际冲击过程。数值算例分析结果表明,与国家军用标准模型相比,采用该模型计算出的机械设备冲击位移响应更小。     

多自由度刚体隔振系统冲击响应计算方法

现代舰船设计要求对机械设备隔振系统进行冲击校核。目前,我国舰船设备隔振系统的冲击响应计算主要采用GJB 1060.1-91《舰船环境条件要求——机械环境》中的方法。但该标准给出的多自由度系统动力学模型针对的是多质量且每个质量具有单自由度的系统,而一般隔振系统多为单质量、六自由度系统,因此该模型并不适用于多数实际的隔振系统。以该标准为基础,应用DDAM方法中的三维主模态理论,建立一种单质量、六自由度隔振系统的冲击响应计算模型,可反映出隔振系统的六阶振动模态在冲击响应中的参与程度,从而更准确地描述实际冲击过程。数值算例分析结果表明,与国家军用标准模型相比,采用该模型计算出的机械设备冲击位移响应更小。     

大型LNG船液舱晃荡载荷数值预报和模型试验比较

大型LNG船液舱晃荡冲击载荷的合理预报是液舱结构安全性设计和评估的基础。针对部分装载的LNG船液舱的晃荡载荷开展数值预报方法研究,建立了合理的数值模型和计算方案。通过典型菱形液舱的三维晃荡模型试验,获得LNG液舱在各种运动模式下流体拍击舱壁的冲击载荷特性。在数值计算和对比分析中,首先对舱内液体在各种运动模式下的晃荡固有频率进行了搜索,然后在各个固有频率下进行了变幅值激励和耦合运动激励下的冲击压力计算,得到了不利运动工况下的冲击压力预报结果。数值模拟结果与模型试验结果的比较表明,提出的液舱晃荡数值计算方法能够合理地预报大型LNG船液舱晃荡载荷特征。在此基础上,对各种载液水平和运动模式下大型LNG船液舱内壁的压力分布进行了详细计算,可供液舱围护系统结构设计和安全性评估参考。     

遗传算法在冲击隔离系统优化设计的应用

利用智能遗传算法实现冲击隔离系统的最优化设计.通过遗传算法搜索出隔离系统中最佳的作用力使得此隔离系统的性能达到其极限,即在受到冲击时位移响应最小.计算结果表明这种算法在冲击隔离系统的最优化设计中具有较好的效果.     

内流对两端铰支水下输油管线管壁应力影响的数值分析

针对两端铰支水下输油管道,分别采用三维弹性动力学方程和N-S方程模拟管道与内部流体;借助ADINA有限元计算软件,管线采用壳模型四边形9节点单元离散,内部流体采用四面体4节点单元离散,通过在流固边界上反复迭代,实现管线及内部流体系统的三维流固耦合计算.管线外部环境条件考虑了管线外壁水压力的分布.依据数值计算得到的管线耦合系统的固有频率与HOUSNER方程的理论解的比较,探讨了不同内流流速对不同跨长管线管壁应力的影响,以及考虑管线外壁水压力作用的计算结果与通常假定管线在空气中的计算结果的差别.     

带有浮筏隔振系统的船舶结构冲击响应的数值模拟

以某一舰船模型为对象。论述了有限元模型的建立、附连水质量及边界条件的处理等问题；计算了整个船舶的模态。通过模态试验验证了有限元模型的可靠性；分析了水下爆炸冲击波作用下船体结构和浮筏系统的冲击响应；模拟计算得出了浮筏系统参数对响应的影响规律。并将浮筏隔振系统和船体作为一体，研究整个船舶结构的冲击响应，所得到的结果对于研究浮筏系统的抗冲击设计具有参考价值。     

铺缆船与电缆耦合系统动力学分析

提出一种铺缆船与电缆耦合系统动力响应时域分析方法。针对“启帆9”号铺缆船进行了船模阻力试验，得到铺缆船阻力系数，以确定其流载荷。基于势流理论，使用AQWA软件对铺缆船进行频域水动力分析，以确定其波浪载荷。结合上述计算结果，使用动力学分析软件Orca Flex建立了基于海底电缆铺设过程的耦合动力学模型，通过对考虑了环境载荷、系泊载荷和电缆载荷的动力学方程进行求解得到铺缆船动力学响应，将铺缆船运动作为电缆顶端的运动边界条件进行输入。与传统RAO方法相比，该方法充分考虑了铺缆船与电缆间的相互影响，可模拟实际海况中铺缆船施工时电缆的张力和曲率动态响应。分别采用该耦合模型方法和RAO方法计算铺缆船系统的动态响应，结果表明，RAO计算方法低估的电缆张力达9.9%。使用耦合模型方法分别建立八点系泊和四点系泊数值模型，比较了这两种系泊方案下海底电缆的动力响应，结果表明，四点系泊系统的电缆最大张力比八点系泊系统大15.9%，但二者都远小于最大允许张力。     

具有刚度非线性双层隔离系统的冲击响应

本文建立了船舶设备双层隔离系统的数字仿真模型，对双层隔离系统的上下两层弹簧刚度非线性进行了冲击响应计算，得到了一种较理想的隔冲模型。     

二维楔形体人水砰击的数值仿真

利用MSC．Dylran动力学软件研究了二维楔形体的入水砰击问题。建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型,其中,流体域用Euler单元来模拟,结构部分用Langrange单元来模拟,采用一般耦合算法,同时计及重力的影响。本文分别对刚体等速入水和弹性楔形体初速度入水进行了数值计算,发现数值仿真的压力结果比理论值略微偏小,而自由液面的变化情况与试验和理论分析基本一致。结果还表明,不同冲击速度下流固耦合效应对弹性结构的动响应有着不同程度的影响。     

二维楔形体入水砰击的数值仿真

利用MSC.Dytran动力学软件研究了二维楔形体的入水砰击问题。建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型,其中,流体域用Euler单元来模拟,结构部分用Langrange单元来模拟,采用一般耦合算法,同时计及重力的影响。本文分别对刚体等速入水和弹性楔形体初速度入水进行了数值计算,发现数值仿真的压力结果比理论值略微偏小,而自由液面的变化情况与试验和理论分析基本一致。结果还表明,不同冲击速度下流固耦合效应对弹性结构的动响应有着不同程度的影响。     

钢丝绳减振器冲击载荷特性模型研究

为了分析钢丝绳减振器冲击载荷特性规律,进行了准静态加载试验和冲击试验.通过试验分析发现,冲击曲线和静态曲线均为非对称滞回曲线,前者的回线面积要大于后者.依据试验结果,将冲击载荷特性分解为不依赖速率的非对称滞迟特性和依赖速率的粘性效应两个不同部分,并从干摩擦机理上对依赖速率粘性效应的出现进行初步解释.基于这一分解方式,对各环节的特性进行数学描述,并将它们耦合,从而建立钢丝绳减振器冲击载荷特性模型.最后,以冲击特性理论模型和实测冲击输入为基础,建立基础冲击输入的单自由度系统,并采用数值方法计算冲击响应.冲击响应理论计算结果与实测结果基本吻合,说明所建立的钢丝绳减振器冲击特性理论模型是合理的.