艦船系統(tǒng)抗沖擊性能全局優(yōu)化方法研究.pdf

1、水面艦船在服役過(guò)程中不可避免會(huì)遭受非接觸爆炸引起的沖擊問(wèn)題。歷次海戰(zhàn)及實(shí)船爆炸試驗(yàn)均表明，水下爆炸環(huán)境中水面艦船的突出薄弱環(huán)節(jié)是艦船上眾多重要裝置及設(shè)備的抗沖擊性能較弱，從而導(dǎo)致艦船系統(tǒng)功能受損，喪失戰(zhàn)斗力和生存能力。因此，各國(guó)海軍都非常重視艦船設(shè)備及系統(tǒng)抗沖擊性能設(shè)計(jì)。要在全艦層次上提高艦船抗沖擊性能，必須在設(shè)計(jì)階段就將系統(tǒng)抗沖擊性能作為一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)要素進(jìn)行考慮，并從全局角度對(duì)系統(tǒng)抗沖擊性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到與其他設(shè)計(jì)性能要素均衡。

2、顯然，研究艦船系統(tǒng)及設(shè)備抗沖擊性能設(shè)計(jì)對(duì)于提高艦船生命力和戰(zhàn)斗力具有重要工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 艦船系統(tǒng)抗沖擊性能設(shè)計(jì)研究主要包括四個(gè)部分，即艦船沖擊環(huán)境分析、艦船設(shè)備抗沖擊性能、艦船復(fù)雜系統(tǒng)抗沖擊性能評(píng)估以及艦船系統(tǒng)抗沖擊性能設(shè)計(jì)方法。為了對(duì)艦船抗沖擊性能設(shè)計(jì)提供更好的理論支持，本文分別針對(duì)這四部分內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)深入的研究，建立一套艦船抗沖擊性能分析方法和設(shè)計(jì)體系，旨在為我國(guó)艦船抗沖擊性能設(shè)計(jì)提供參考。
　　 1)為分析

3、沖擊環(huán)境統(tǒng)計(jì)特性，首先基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立沖擊環(huán)境智能預(yù)報(bào)模型，以數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為樣本，應(yīng)用粒子群算法(PSO)對(duì)智能預(yù)報(bào)模型進(jìn)行訓(xùn)練，形成一套沖擊環(huán)境高效預(yù)報(bào)方法。針對(duì)若干典型艦船，通過(guò)建立艦船服役過(guò)程中可能遭受的武器攻擊概率模型，結(jié)合Monte Carlo法，總結(jié)了沖擊環(huán)境統(tǒng)計(jì)特性與設(shè)備安裝位置之間的相關(guān)性，并采用空間聚類算法，對(duì)典型水面艦船沖擊環(huán)境統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行區(qū)劃分析，并在此基礎(chǔ)上分析了沖擊環(huán)境的概率分布類型。
　　 2)在大

4、量沖擊環(huán)境數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以沖擊譜速度為研究對(duì)象，將沖擊譜速度無(wú)量綱化，定義特征量描述其在艦船結(jié)構(gòu)中的衰減規(guī)律，歸納、分析了典型水面艦船設(shè)計(jì)參數(shù)、外載荷與沖擊環(huán)境之間的關(guān)系，總結(jié)了具有較好預(yù)報(bào)精度的沖擊環(huán)境預(yù)報(bào)公式，建立了艦船沖擊環(huán)境工程化預(yù)報(bào)方法。通過(guò)形函數(shù)插值理論，給出了海上實(shí)船爆炸試驗(yàn)工況設(shè)置方法和原則，實(shí)現(xiàn)利用有限的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，高精度地插值預(yù)報(bào)其它工況下的沖擊環(huán)境。
　　 3)本文探討了艦船設(shè)備抗沖擊能力的分析方法，給出了基

5、于時(shí)域分析的設(shè)備抗沖擊能力研究方法，并針對(duì)某艦船增壓鍋爐的抗沖擊能力進(jìn)行分析；考慮到影響到設(shè)備沖擊響應(yīng)的各種隨機(jī)因素，建立基于改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備沖擊響應(yīng)預(yù)報(bào)模型，結(jié)合Monte Carlo法，分析了設(shè)備抗沖擊能力概率分布，對(duì)增壓鍋爐剛性安裝和彈性安裝兩種情況下的抗沖擊能力值進(jìn)行研究對(duì)比，給出了具有隨機(jī)性的設(shè)備抗沖擊能力分析方法。
　　 4)針對(duì)艦船復(fù)雜系統(tǒng)，分別引入了模糊損傷樹(shù)方法和改進(jìn)模糊Petri網(wǎng)方法，建立了相應(yīng)的抗沖擊性

6、能評(píng)估模型，以航空保障系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了不同工況下其抗沖擊性能，并與傳統(tǒng)系統(tǒng)抗沖擊性能評(píng)估方法進(jìn)行了比較。
　　 5)基于抗沖擊投資-性能效益準(zhǔn)則，建立了艦船系統(tǒng)全局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的艦船系統(tǒng)及設(shè)備抗沖擊性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以艦船系統(tǒng)及設(shè)備全壽命周期內(nèi)的總抗沖擊投資最小為目標(biāo)函數(shù)，分析了艦船系統(tǒng)及設(shè)備壽命周期內(nèi)的抗沖擊投資評(píng)估、損失期望估計(jì)等問(wèn)題，建立了三類全局優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型：限制系統(tǒng)抗沖擊投資額度、給定系統(tǒng)抗沖擊性能指標(biāo)、無(wú)投