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基于船体—设备动力学耦合特性的设备冲击阈值研究

刘世明  
【摘要】: 水中兵器的发展及水下爆炸冲击环境的日益恶劣,使得水面舰船及舰船设备的抗冲击能力受到了越来越严重的威胁。国内外的多次战例表明,设备的抗冲击能力决定了舰船抗水下非接触爆炸的能力,是准确开展舰船及系统抗冲击性能设计、评估的基础。 本文考虑舰船设备抗冲击能力所具有的随机性,基于可靠性思想建立舰船设备冲击阈值预测模型,采用时域分析方法对舰船典型设备抗冲击能力进行分析。通过设置大量的冲击试验方案,对设备冲击阈值进行统计分析,得到设备冲击阈值的统计规律,并结合设备与船体结构间的动力学耦合特性,最终得出基于船体-设备动力学耦合特性的舰船设备冲击阈值,旨在为舰船设备抗冲击设计提供参考。 首先,本文探讨了舰船设备抗冲击能力的分析方法,并重点研究了时域模拟法的基本理论。介绍了时域模拟法的冲击输入,将频域表示的冲击输入谱转换到可以应用于时域模拟的加速度冲击载荷曲线,并最终将时域分析法引入到舰船设备的抗冲击计算上来。 其次,基于可靠性思想对舰船设备抗冲击能力进行分析。给出了舰船设备抗冲击能力的定义及冲击阈值的确定方法。分析影响舰船设备抗冲击能力的随机因素,确定设备冲击阈值极限状态函数并建立基于支持向量机的冲击阈值预测模型。 第三,对典型舰船设备冲击阈值进行研究。以某型舰用增压锅炉和齿轮箱为研究对象,验证冲击阈值预测模型的有效性。利用蒙特卡洛法进行随机抽样,设置大量的冲击试验方案,预测设备在各种冲击环境下的响应,分析冲击响应的规律和统计特征。最终对设备冲击阈值进行统计分析,得到设备冲击阈值的统计规律。 第四,基于主从系统耦合振动理论,将设备真实安装于船体上,建立船体结构-设备耦合系统,分析耦合系统中的设备在受到水下爆炸冲击波作用下的冲击响应规律和统计特征,得出基于船体-设备动力学耦合特性的设备冲击阈值。


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