艦載設(shè)備沖擊動力學(xué)數(shù)值實驗技術(shù)體系研究.pdf

1、艦船在其服役期內(nèi)將會遭到水下兵器攻擊，接觸爆炸會造成船體損壞的同時殃及艦載設(shè)備，非接觸爆炸一般并不擊穿船體結(jié)構(gòu)，但會造成設(shè)備的大范圍破壞，因此設(shè)備抗沖擊性能對艦船生命力具有重要意義。但艦載設(shè)備(尤其艦載大型設(shè)備)抗沖擊性能評估以及抗沖擊性能設(shè)計至今仍是亟待解決的一大難題，國內(nèi)尚未形成一套成熟的計算方法，且缺乏相應(yīng)的沖擊試驗及實船實驗數(shù)據(jù)資料，另外由于軍事保密原因，國外相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展很少見諸發(fā)表。目前主要采用沖擊實驗、艦艇模型試驗、實

2、船水下爆炸實驗以及數(shù)值仿真手段研究艦載設(shè)備抗沖擊性能。但受沖擊機和浮動沖擊平臺限制，艦載大型設(shè)備無法進(jìn)行沖擊實驗，艦艇模型試驗結(jié)果尚無法由相似律推廣到實船及艦載設(shè)備上，水下爆炸實船實驗成本十分昂貴，且實驗次數(shù)極其有限，難以得到從概率統(tǒng)計學(xué)角度看來很有意義的實驗結(jié)果，因而數(shù)值實驗手段為艦載設(shè)備抗沖擊性能研究提供了廣闊的空間。為此本文構(gòu)建艦載設(shè)備沖擊動力學(xué)數(shù)值實驗技術(shù)體系，對艦載設(shè)備與船體一體化抗沖擊數(shù)值實驗進(jìn)行研究，初步提出艦載設(shè)備抗沖擊

3、要求。 首先，對艦載大型設(shè)備及其零部件進(jìn)行分類，并總結(jié)艦載大型設(shè)備各零部件之間以及設(shè)備與船體基座之間連接關(guān)系，討論艦載大型設(shè)備沖擊環(huán)境特性，并在計及艦載大型設(shè)備自身復(fù)雜性和特殊性的基礎(chǔ)上構(gòu)建設(shè)備沖擊動力學(xué)數(shù)值實驗技術(shù)體系。 其次，以某艦用齒輪箱為例，計及連接螺栓、銷釘?shù)燃?xì)部結(jié)構(gòu)，在對幾何模型進(jìn)行幾何清理的基礎(chǔ)上，采用六面體網(wǎng)格劃分技術(shù)建立齒輪箱有限元模型，通過接觸面模擬技術(shù)模擬復(fù)雜機構(gòu)各構(gòu)件之間相互作用，并利用設(shè)備有限元

4、模型檢驗技術(shù)對齒輪箱有限元模型正確性、合理性進(jìn)行驗證，闡述沖擊作用下艦載大型設(shè)備有限元建模技術(shù)。 第三，以某艦用齒輪箱為例，闡述艦載設(shè)備沖擊動力學(xué)數(shù)值實驗所要采用的一體化抗沖擊技術(shù)、螺栓連接件預(yù)緊力模擬技術(shù)、大構(gòu)件與小構(gòu)件有限元適配技術(shù)、設(shè)備與船體基座彈性連接模擬技術(shù)、滑動軸承油膜壓力與軸承應(yīng)力求解技術(shù)以及艦載設(shè)備動態(tài)運行模擬技術(shù)。 第四，以某艦用增壓鍋爐、齒輪箱為例，從主從系統(tǒng)耦合振動理論出發(fā)，基于數(shù)值

5、實驗手段，對艦用增壓鍋爐、齒輪箱進(jìn)行設(shè)備與船體一體化抗沖擊分析，將一體化抗沖擊分析結(jié)果與非一體化抗沖擊分析結(jié)果進(jìn)行對比，給出非一體化與一體化抗沖擊分析方法適用范圍。 第五，基于統(tǒng)計分析方法對設(shè)備與船體一體化抗沖擊分析數(shù)值特征進(jìn)行分析研究，并通過大量一體化算例結(jié)果分析給出應(yīng)力響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差最大值計算經(jīng)驗公式，并建議將沖擊作用下設(shè)備應(yīng)力響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差作為設(shè)備沖擊失效判據(jù)，初步提出設(shè)備抗沖擊要求。 本文旨在尋找一套適合我國國情的艦載設(shè)