水下爆炸载荷下船体与设备相互作用的理论及应用研究

摘要

冲击谱是潜艇和水面舰船设备抗冲击研究中广泛采用的描述冲击环境的方法，主要用来评估设备破坏的可能性和建立设备考核的设计谱。将实船试验中不同工况下同一位置的冲击谱数据进行整合可以得到设备的设计谱，并以此为基准形成抗冲击标准对预服役的舰载设备进行冲击考核，只有通过考核的设备才能用于实际的舰船结构上。因而设计谱的准确性关系着整个舰船的生命力。目前我国的设备抗冲击标准主要建立在德军标和美军标的设计谱基础上，对冲击标准内的关键指标数据缺乏相关的试验验证，因而难以保证其考核方法的合理性。本文主要针对上面的问题，对舰载设备与船体结构之间的谱跌现象进行深入研究，分析不同因素对设备设计谱的影响规律，旨在为我国抗冲击标准的修订提供一定的依据。具体内容如下:
　　首先，介绍了冲击谱的基本原理，并在单自由度以及多自由度系统中对其有效性进行了验证。同时指出伪速度冲击谱在舰船设备抗冲击的重要性，并分别从模态速度和能量的角度对其理论基础进行了解释。最后基于机械阻抗方法解释了谱跌现象的形成原因，提出谱跌的控制因素;
　　第二，回顾现行的两种设计谱方法（德军标和美军标）的不同，指出二者的不足;通过简单的二自由度和四自由度理论模型来阐述设计谱值的产生由来;最后将简化设备安装在舰船模型上，探究不同因素对设计谱的影响以及多自由度系统的子模态耦合问题;
　　第三，基于设备与船体之间的耦合效应，参照美国MIL-S-901D设计了一个甲板模拟器，并对其固有频率进行了分析;分别计算了不同固有频率下甲板模拟器上未安装设备、安装设备、设备重量改变时的冲击环境。得出可以通过调节甲板模拟器的固有属性，实现对设备冲击输入在任意频段内的调节;
　　第四，将某型整流器机柜结构为研究对象，采用冲击机作为加载设备，测试了机柜在四种冲击速度下机角及内部各处的冲击加速度，获得了冲击环境数值和分布情况。并用试验数据对数值模型进行了修正，通过有限元软件的仿真模拟，得到机柜各电气设备的冲击环境，为舰船电气设备的失效模式研究及其防护提供依据。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究目的及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1冲击环境预报方法

1．2．2冲击谱的发展过程分析

1．3本文主要研究内容

第2章船体与设备的相互作用—谱跌现象

2．1引言

2．2冲击谱的物理意义及其应用

2．2．1冲击谱的有效性验证

2．2．2多自由度集中质量系统响应与伪速度的关系

2．2．3伪速度冲击谱的理论根据

2．2．4伪速度冲击谱在四参数谱中的应用

2．3大质量设备的谱跌现象研究

2．3．1冲击谱的谱跌现象

2．3．2谱跌的试验研究

2．3．3基于机械阻抗理论的谱跌原理分析

2．4本章小结

第3章谱跌在舰船设计谱中的应用

3．1引言

3．2不同自由度下的设计谱理论计算

3．2．1二自由度设计谱

3．2．2四自由度设计谱

3．3单层甲板的设计谱

3．4舰船不同位置的三折线设计谱

3．4．1有限元模型及工况设置

3．4．2设备安装在中间甲板

3．4．3设备安装在内底板

3．5舰船不同位置的DDAM设计谱

3．5．1设备安装在中间甲板

3．5．2多模态效应的研究

3．5．3设备安装在内底板

3．6本章小结

第4章基于船体与设备相互作用的甲板模拟器设计

4．1引言

4．2甲板模拟器的设计

4．2．1甲板模拟器的结构尺寸

4．2．2甲板模拟器的固有频率

4．3理论分析模型

4．3．1理论模型建立

4．3．2算例验证

4．4甲板模拟器与浮动平台内底冲击环境对比

4．4．1未安装设备时冲击环境对比

4．4．2设备安装时冲击环境对比

4．4．3设备重量对冲击环境的影响分析

4．5本章小结

第5章层状安装架相互作用的冲击环境试验研究

5．1引言

5．2试验装置介绍

5．2．1被试设备及测点布置

5．2．2冲击试验机

5．3试验结果

5．3．1不同工况下的底部测点冲击谱

5．3．2不同工况下的上部测点冲击谱

5．3．3不同工况下的不同位置测点冲击谱

5．4理论与数值分析

5．4．1基于动力放大系数的数值分析方法

5．4．2模型仿真

5．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢