舰用增压锅炉抗冲击特性研究

论文摘要

水下非接触爆炸威胁越来越大,舰船设备的冲击破坏更是一个关系到舰船生命力的问题。舰船设备的抗冲击技术包括设备自身抗冲击能力研究和防护装置研究,其中,设备自身抗冲击能力又是防护装置设计的依据之一。因此,开展设备自身抗冲击能力研究具有实际意义。本文针对某舰用增压锅炉及其内部过热器管束进行抗冲击分析,分别采用了频域模拟法—动态设计分析方法(DDAM)和时域模拟法,着重对舰用设备冲击动响应的理论和数值预报方法进行研究,并对舰用大型设备的冲击试验输入载荷进行了探讨,以期给出可供工程应用的较系统的数值实验方法。首先,研究采用DDAM方法对舰用设备进行频域抗冲击数值实验的方法。利用三维DDAM对舰用增压锅炉进行不同工作状态下的冲击响应分析,并讨论了DDAM方法的局限性,为舰用设备频域抗冲击分析提供参考。其次,应用时域模拟法对舰用增压锅炉进行抗冲击分析。给出了舰用设备时域冲击模拟方法的基本理论及数值冲击实验方法。讨论了在满足工程精度要求下,求解工作应力作用下结构瞬态冲击响应问题的数值实验方法;分析不同方向冲击作用下增压锅炉动态响应特性及工作状态对设备抗冲能力的影响,从而为设备抗冲击时域模拟提供参考。第三,对多物理场耦合下设备冲击响应计算方法进行研究。以增压锅炉内部过热器管束为研究对象,采用梁、壳单元混合划分网格,以及重启动与子模型技术相结合,正确、高效地分析过热器管束的冲击响应特性问题。第四,对舰用大型设备冲击试验输入载荷进行研究。以增压锅炉为研究对象,将设备真实安装于船体上,进行一系列的水下爆炸数值试验,分析舰用大型设备的真实冲击环境特性,并提出了相应的载荷等效方法,从而得到采用DDAM方法和时域模拟法进行设备冲击试验的冲击试验载荷。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 设备抗冲击研究方法
• 1.2.2 设备冲击环境
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 舰用增压锅炉频域抗冲击分析
• 2.1 引言
• 2.2 频域模拟法—动态设计分析方法（DDAM）
• 2.2.1 DDAM理论
• 2.2.2 DDAM设计冲击谱
• 2.3 设备的DDAM数值分析方法
• 2.4 增压锅炉有限元计算模型
• 2.5 DDAM计算工况设置
• 2.5.1 DDAM冲击输入
• 2.5.2 增压锅炉工作状态
• 2.6 增压锅炉的DDAM数值试验分析
• 2.6.1 数据处理方法
• 2.6.2 结果分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 舰用增压锅炉时域抗冲击分析
• 3.1 引言
• 3.2 时域模拟法
• 3.2.1 设备的设计冲击谱
• 3.2.2 时域冲击载荷
• 3.3 时域模拟法工况设置
• 3.3.1 冲击载荷工况
• 3.3.2 工作状态
• 3.3.3 边界条件
• 3.4 增压锅炉工作预应力分析
• 3.5 增压锅炉冲击响应特性分析
• 3.5.1 设备冲击响应分析
• 3.5.2 冲击响应随载荷参数变化分析
• 3.5.3 冲击响应随工作状态的变化规律
• 3.6 本章小结
• 第4章 舰用增压锅炉过热器管束在多物理场下的抗冲击特性分析
• 4.1 引言
• 4.2 过热器管束的数值分析方法
• 4.2.1 多物理场抗冲击分析方法
• 4.2.2 梁壳分析中的耦合约束模拟
• 4.3 增压锅炉与过热器管束有限元模型
• 4.3.1 几何模型
• 4.3.2 过热管束与增压锅炉整体有限元模型
• 4.3.3 过热管束子模型
• 4.3.4 材料模型
• 4.3.5 有限元模型验证
• 4.4 工况设置
• 4.4.1 过热管束的冲击载荷与工作状态
• 4.4.2 边界条件
• 4.5 多物理场下过热管束的预应力分析
• 4.5.1 过热管束热应力计算
• 4.5.2 温度场与压力场耦合作用下管束预应力分析
• 4.6 多物理场下过热管束的冲击响应特性分析
• 4.6.1 过热管束冲击响应特性
• 4.6.2 过热管束垂向冲击响应分布特性
• 4.6.3 过热管束横向冲击响应分布特性
• 4.6.4 过热管束纵向冲击响应分布特性
• 4.7 本章小结
• 第5章 船用增压锅炉冲击试验输入载荷研究
• 5.1 引言
• 5.2 计算模型
• 5.3 船用大型设备冲击环境分析
• 5.3.1 大型设备冲击环境特性
• 5.3.2 冲击环境的三种载荷等效方法
• 5.4 数值实验结果分析
• 5.4.1 应力响应分析
• 5.4.2 加速度响应分析
• 5.5 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