舰载设备冲击动力学数值实验技术体系研究

论文摘要

舰船在其服役期内将会遭到水下兵器攻击,接触爆炸会造成船体损坏的同时殃及舰载设备,非接触爆炸一般并不击穿船体结构,但会造成设备的大范围破坏,因此设备抗冲击性能对舰船生命力具有重要意义。但舰载设备(尤其舰载大型设备)抗冲击性能评估以及抗冲击性能设计至今仍是亟待解决的一大难题,国内尚未形成一套成熟的计算方法,且缺乏相应的冲击试验及实船实验数据资料,另外由于军事保密原因,国外相关领域的研究进展很少见诸发表。目前主要采用冲击实验、舰艇模型试验、实船水下爆炸实验以及数值仿真手段研究舰载设备抗冲击性能。但受冲击机和浮动冲击平台限制,舰载大型设备无法进行冲击实验,舰艇模型试验结果尚无法由相似律推广到实船及舰载设备上,水下爆炸实船实验成本十分昂贵,且实验次数极其有限,难以得到从概率统计学角度看来很有意义的实验结果,因而数值实验手段为舰载设备抗冲击性能研究提供了广阔的空间。为此本文构建舰载设备冲击动力学数值实验技术体系,对舰载设备与船体一体化抗冲击数值实验进行研究,初步提出舰载设备抗冲击要求。首先,对舰载大型设备及其零部件进行分类,并总结舰载大型设备各零部件之间以及设备与船体基座之间连接关系,讨论舰载大型设备冲击环境特性,并在计及舰载大型设备自身复杂性和特殊性的基础上构建设备冲击动力学数值实验技术体系。其次,以某舰用齿轮箱为例,计及连接螺栓、销钉等细部结构,在对几何模型进行几何清理的基础上,采用六面体网格划分技术建立齿轮箱有限元模型,通过接触面模拟技术模拟复杂机构各构件之间相互作用,并利用设备有限元模型检验技术对齿轮箱有限元模型正确性、合理性进行验证,阐述冲击作用下舰载大型设备有限元建模技术。第三,以某舰用齿轮箱为例,阐述舰载设备冲击动力学数值实验所要采用的一体化抗冲击技术、螺栓连接件预紧力模拟技术、大构件与小构件有限元适配技术、设备与船体基座弹性连接模拟技术、滑动轴承油膜压力与轴承应力求解技术以及舰载设备动态运行模拟技术。第四,以某舰用增压锅炉、齿轮箱为例,从主从系统耦合振动理论出发,基于数值实验手段,对舰用增压锅炉、齿轮箱进行设备与船体一体化抗冲击分析,将一体化抗冲击分析结果与非一体化抗冲击分析结果进行对比,给出非一体化与一体化抗冲击分析方法适用范围。第五,基于统计分析方法对设备与船体一体化抗冲击分析数值特征进行分析研究,并通过大量一体化算例结果分析给出应力响应标准差最大值计算经验公式,并建议将冲击作用下设备应力响应标准差作为设备冲击失效判据,初步提出设备抗冲击要求。本文旨在寻找一套适合我国国情的舰载设备抗冲击研究方法,为舰载设备抗冲击性能评估及抗冲击性能设计提供参考,为工程应用提供一定指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的、意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要工作
• 第2章 设备冲击动力学数值实验技术体系构成
• 2.1 舰载大型设备分类
• 2.2 舰载大型设备零部件分类
• 2.3 零部件之间连接关系分类
• 2.4 舰载大型设备与船体基座连接关系分类
• 2.5 舰载大型设备冲击环境特性
• 2.6 设备冲击动力学数值实验技术体系构成
• 2.7 本章小结
• 第3章 冲击作用下设备有限元建模技术
• 3.1 齿轮箱几何模型
• 3.2 齿轮箱有限元模型
• 3.2.1 几何清理技术
• 3.2.2 实体网格划分技术
• 3.2.3 接触面模拟技术
• 3.2.4 定义材料属性
• 3.3 设备有限元模型检验技术
• 3.4 本章小结
• 第4章 设备冲击动力学数值实验若干技术研究
• 4.1 舰载设备与船体一体化抗冲击分析技术
• 4.1.1 分析基础
• 4.1.2 冲击输入
• 4.2 螺栓连接件预紧力模拟技术
• 4.3 大构件与小构件有限元适配技术
• 4.4 设备与船体基座弹性连接模拟技术
• 4.5 滑动轴承油膜压力与轴承应力求解技术
• 4.5.1 分析基础
• 4.5.2 计算结果
• 4.6 舰载设备动态运行模拟技术
• 4.6.1 齿轮箱动态运行响应
• 4.6.2 动态运行对齿轮箱冲击安全性影响分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 设备与船体一体化抗冲击数值实验研究
• 5.1 非一体化抗冲击分析例证
• 5.1.1 非一体化抗冲击数值实验
• 5.1.2 非一体化抗冲击分析冲击响应
• 5.2 一体化抗冲击分析例证
• 5.2.1 一体化抗冲击数值实验
• 5.2.2 一体化抗冲击分析冲击响应
• 5.3 对比分析
• 5.4 原因分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 舰载设备抗冲击要求初探
• 6.1 一体化抗冲击数值特征
• 6.2 应力响应标准差最大值计算经验公式
• 6.3 阈值[σ]确定
• 6.4 设备抗冲击要求
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢