舰用燃气轮机抗冲击数值模拟研究

论文摘要

在海战中,随着水中兵器的发展,水下非接触爆炸产生的冲击对舰船设备的安全威胁越来越大,燃气轮机作为舰船的动力装置,其抗冲击能力直接关系到舰船的生命力和战斗力。因此,用数值模拟方法对燃气轮机进行抗冲击性能研究具有重要意义。本文针对燃气轮机结构的特点,结合舰船设备抗冲击分析的相关理论和数值试验方法(等效静力法、动态设计分析方法和时域模拟法),利用ANSYS软件,采用数值模拟方法对燃气轮机进行抗冲击计算分析,同时研究其在冲击载荷作用下结构的动态响应特性,得到了提高设备抗冲击能力的方法,所得结论可以对开展舰船设备抗冲击研究提供一定的参考。首先,根据舰船设备的结构特点,研究燃气轮机的有限元建模技术,包括几何模型的合理简化、有限元网格的划分技术、模型的有效性验证和减振抗冲元件的模拟。其次,对舰船设备抗冲击等效静力法、动态设计分析方法和时域模拟法进行了理论研究,分别用三种抗冲击分析方法对燃气轮机模型在垂向、横向和纵向进行冲击计算;根据燃气轮机的冲击响应,用国军标校核了其薄弱环节的冲击安全性,同时对支架进行了抗冲击设计;为了更全面了解结构在冲击载荷下的动态响应规律,时域模拟法中设置了大量载荷工况对其进行冲击加载。(3)最后,对等效静力法、动态设计分析方法和时域模拟法三种抗冲击分析方法进行了比较,包括其冲击输入和结果输出,并对三种方法的优缺点和适用范围进行了总结,对舰船设备选用合适的抗冲击设计方法有所帮助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 舰船设备抗冲击数值研究方法
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第二章 燃气轮机有限元建模技术研究
• 2.1 ANSYS 软件简介
• 2.2 几何模型的建立
• 2.2.1 燃气轮机模型的简化
• 2.2.2 燃气轮机模型的建立
• 2.3 有限元网格划分
• 2.3.1 ANSYS 网格划分基本原则
• 2.3.2 燃气轮机有限元网格划分
• 2.4 模态分析
• 2.4.1 模态分析基本理论
• 2.4.2 燃气轮机模态分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 燃气轮机抗冲击等效静力模拟研究
• 3.1 等效静力法
• 3.1.1 静力学基本理论
• 3.1.2 加载方法
• 3.1.3 Von-Mises 屈服准则
• 3.2 仿真计算分析
• 3.3 抗冲击能力分析校核
• 3.3.1 抗冲击能力定义
• 3.3.2 强度考核
• 3.4 本章小结
• 第四章 燃气轮机抗冲击DDAM 模拟研究
• 4.1 动态设计分析方法基本原理
• 4.2 动态设计分析方法冲击载荷
• 4.2.1 冲击谱的定义
• 4.2.2 设计冲击输入谱
• 4.3 冲击响应分析
• 4.4 冲击安全性分析
• 4.4.1 应力考核
• 4.4.2 位移考核
• 4.5 本章小结
• 第五章 燃气轮机抗冲击时域模拟研究
• 5.1 时域模拟法的基本理论
• 5.2 时域模拟法的冲击输入
• 5.2.1 冲击响应谱
• 5.2.2 设计冲击输入谱
• 5.2.3 冲击输入谱的时域转化
• 5.3 计算实例
• 5.3.1 计算模型
• 5.3.2 冲击载荷
• 5.3.3 数据处理方法
• 5.3.4 燃气轮机动态响应特性分析
• 5.4 支架抗冲击分析设计
• 5.5 燃气轮机抗冲击分析方法比较
• 5.5.1 冲击输入
• 5.5.2 结果输出
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文