浮動沖擊平臺沖擊動力特性研究.pdf

1、艦載設(shè)備具有較好的抗沖擊能力對艦船生命力有重要作用。各海軍強國為提高設(shè)備抗沖擊能力，都對關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行沖擊試驗，同時制定了相應(yīng)的設(shè)備抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)。體積較小重量較輕的設(shè)備可在沖擊試驗機上進(jìn)行，而大中型艦載設(shè)備則需在浮動沖擊平臺上進(jìn)行試驗考核。我國在大中型艦載設(shè)備的考核規(guī)范及考核設(shè)施建設(shè)上與西方海軍強國還存在一定的差距，以海軍建設(shè)最為發(fā)達(dá)的美國為例，在設(shè)備抗沖擊考核規(guī)范上，有幾經(jīng)修改完善比較成熟的軍標(biāo)MIL-S-901D，同時有配合標(biāo)準(zhǔn)使用的輕

2、型、中型沖擊機和標(biāo)準(zhǔn)、中型、大型浮動沖擊平臺作為艦載設(shè)備的考核工具。相比而言，我國大中型艦載設(shè)備的考核規(guī)范可靠性及操作性不足，也沒有配套的考核工具，只是在個別部門有小型浮動沖擊平臺和最大考核重量為36t的標(biāo)準(zhǔn)浮動沖擊平臺，統(tǒng)一性及規(guī)范性不強。本文即是在此背景下，開展浮動沖擊平臺的沖擊動力特性研究，揭示浮動沖擊平臺考核設(shè)備的機理，分析浮動沖擊平臺的沖擊環(huán)境特性，為大中型浮動沖擊平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供指導(dǎo)，尋求浮動沖擊平臺和實船沖擊環(huán)境的相似性

3、及對應(yīng)關(guān)系，為我國大中型艦載設(shè)備抗沖擊考核規(guī)范及系統(tǒng)建設(shè)提供參考。
　　本文首先從艦載設(shè)備考核比較完善成熟的德軍標(biāo)BV043/85和美軍標(biāo)MIL-S-901D出發(fā)，分析其對設(shè)備抗沖擊要求及大中型艦載設(shè)備考核試驗實施流程，同時歸納整理國內(nèi)外浮動沖擊平臺硬件建設(shè)及技術(shù)研究情況，總結(jié)應(yīng)用浮動沖擊平臺考核艦載設(shè)備研究進(jìn)展，提出我國在大中型艦載設(shè)備抗沖擊考核中尚需解決的科學(xué)和工程問題，從而為后續(xù)的研究工作奠定基礎(chǔ)。浮動沖擊平臺作為艦載設(shè)備的

4、考核工具，對其沖擊響應(yīng)進(jìn)行分析時主要有沖擊環(huán)境和自身結(jié)構(gòu)強度兩大問題。針對沖擊環(huán)境問題，在對浮動沖擊平臺提供給設(shè)備的沖擊環(huán)境進(jìn)行分析時就不可避免的要使用沖擊譜，因此根據(jù)現(xiàn)階段研究成果，對沖擊譜的原理及特性進(jìn)行了深入系統(tǒng)研究，闡明沖擊譜的基本概念和物理原理，解釋對相對位移譜、相對速度譜和絕對加速度譜與偽速度譜之間的關(guān)系，分析沖擊譜與 Fourier譜的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)主從系統(tǒng)的耦合理論對沖擊譜的譜跌現(xiàn)象進(jìn)行解釋，分析沖擊譜的主要特性，服務(wù)于

5、浮動沖擊平臺和實船的沖擊環(huán)境研究。針對浮動沖擊平臺的自身結(jié)構(gòu)強度問題，首先對浮動沖擊平臺在水下爆炸下的沖擊響應(yīng)進(jìn)行分析。根據(jù)考核規(guī)范中工況藥包的設(shè)定及沖擊波的傳播特性，計及沖擊波的水面截斷效應(yīng)及平臺底部的局部空化現(xiàn)象，給出平臺在球面沖擊波作用的垂向剛體運動計算方法。通過數(shù)值仿真計算及相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，驗證了計算模型的合理性及仿真計算的有效性，同時得出浮動沖擊平臺在水下爆炸下的沖擊響應(yīng)主要為剛體運動，因此浮動沖擊平臺在保證沖擊環(huán)境輸出時，可增

6、大結(jié)構(gòu)的強度及剛度，保證自身的結(jié)構(gòu)強度滿足重復(fù)試驗要求。根據(jù)浮動沖擊平臺沖擊響應(yīng)分析結(jié)果，結(jié)合美軍標(biāo) MIL-S-901D及德軍標(biāo)BV043/85，參考美國中型浮動沖擊平臺結(jié)構(gòu)形式，通過系統(tǒng)識別的方法對我國尚未投入建設(shè)的中型浮動沖擊平臺進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。得到浮動沖擊平臺的沖擊響應(yīng)后，根據(jù)MIL-S-901D規(guī)范中規(guī)定的浮動沖擊平臺考核設(shè)備工況，對美國標(biāo)準(zhǔn)浮動沖擊平臺和設(shè)計的中型浮動沖擊平臺模型的沖擊環(huán)境進(jìn)行計算分析，并與德國BV043/8

7、5規(guī)范中設(shè)備考核要求的沖擊環(huán)境進(jìn)行對比，分析MIL與BV規(guī)范對設(shè)備抗沖擊要求的異同。同時為滿足彈性安裝設(shè)備的頻率安裝要求，對美國MIL-S-901D中的甲板模擬器輔助裝置進(jìn)行原理解讀，分析甲板模擬器和設(shè)備質(zhì)量及安裝頻率對浮動沖擊平臺沖擊環(huán)境的影響，提出浮動沖擊平臺動態(tài)試驗仿真技術(shù)和浮動沖擊平臺試驗標(biāo)定方法。為深入探討浮動沖擊平臺考核設(shè)備的機理，考慮了為滿足彈性安裝設(shè)備安裝頻率要求的甲板模擬器輔助結(jié)構(gòu)，對浮動沖擊平臺及其被試設(shè)備的沖擊響應(yīng)

8、進(jìn)行理論及數(shù)值分析。同時基于基礎(chǔ)激勵的多自由度系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，建立可對艦載設(shè)備在水下爆炸沖擊環(huán)境下響應(yīng)計算的多自由度理論分析方法，研究沖擊譜參數(shù)及激勵力頻率對不同重量不同類型艦載設(shè)備沖擊響應(yīng)的影響，并通過數(shù)值仿真方法驗證了理論分析的合理性。為研究浮動沖擊平臺和實船沖擊環(huán)境的相似性及對應(yīng)關(guān)系，首先對尺寸和規(guī)模與浮動沖擊平臺較為相近的艦船艙段沖擊響應(yīng)及板架變形規(guī)律進(jìn)行了試驗研究及理論分析，將復(fù)雜船體外殼等效為Taylor平板，基于本文提出的剛

9、體運動求解方法，探討了剛體運動對艦船總體響應(yīng)的影響。同時將艦船艙段及浮動沖擊平臺沖擊響應(yīng)及沖擊環(huán)境的異同進(jìn)行對比，分析兩者差異。綜合前面分析結(jié)果，可以看出浮動沖擊平臺和實船在載荷輸入、自身結(jié)構(gòu)形式和沖擊響應(yīng)上均有一定的差異，從而導(dǎo)致兩者提供給艦載設(shè)備的沖擊環(huán)境也就有所不同。根據(jù)對不同排水量的艦船在水中爆炸沖擊波作用下的沖擊環(huán)境特點及低通濾波效應(yīng)的研究結(jié)果，結(jié)合沖擊譜對設(shè)備沖擊響應(yīng)影響特性，從統(tǒng)計學(xué)角度，對不同工況下浮動沖擊平臺與設(shè)備連接