舰船若干细长体抗冲击问题研究

摘要

在舰船服役期间，可能会受到水下爆炸载荷的作用而产生冲击响应，这种作用更重要的会使得舰船本身以及内部设备产生冲击破坏。在舰船设备中，存在着一系列的细长体结构，常见的有舰船大规模管路、舰船推进轴系、升降装置以及船体梁等结构，这类结构的冲击性能与舰船的生命力息息相关。然而在工程上，不同结构所需求的工程问题却有所不同，因此，本文主要从舰船大规模管路的冲击应力以及船体梁总振动产生的低频加速度入手来分析细长结构的冲击问题，这将对提升细长体结构冲击性能具有一定的工程意义。具体做的内容如下:
　　第一，本文探究了舰船大型管路在抗冲击分析中如何进行简化的问题。从边界条件、管内液体、建模流程以及加载方式等方面进行简化。通过三弯矩及五弯矩方程，推导得到了任意跨对目标跨弯矩的影响方程和求解方法，得到了边界条件的合理取法;通过流固耦合以及附加质量进行对比计算，探究管内液体随着管径变化的参与系数;利用APDL语言开发管路精细模型的快速建模软件，并探讨管路相关附件的简化建模方法。
　　第二，给出了管路冲击响应计算的两种分析方法即有限元计算与传递矩阵计算，并给出相关影响因素。通过管路的有限元计算，得到管路的危险节点位置与规律，并且通过建立简化的管路精细模型，分析计算验证本文提出的模型简化方法是可行的;同时本文通过Timoshenko梁理论推导了管路的精细积分传递矩阵，通过Matlab编程计算与有限元方法的对比，验证这种方法能够快速的计算管路的冲击响应;利用上述办法，分析了加载方式、支吊架刚度以及阻尼等管路冲击响应的相关影响因素。
　　第三，舰船低频冲击环境的测试是国际性的难题，主要原因体现在加速度的宽频、高幅值、易零漂等现象，导致低频冲击环境的测试不准，因此本文基于应变信号受高频信号影响较小的特点，创新的提出一种基于模态叠加法的通过应变信号预测低频加速度的方法，通过结构动力学方程的求解发现对于加速度与应变而言，二者在结构固有频率处均会达到峰值，而且在低频处应变的信号比加速度要更明显，通过理论推导得到应变与加速度之间是具有一定的比例关系，该比例系数与结构的振型以及固有频率有关。基于此本文还通过传递函数推导通过模态参数识别得到结构的固有频率与振型的方法。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1大型管路的抗冲击研究

1．2．2船体总振动的研究

1．3论文主要内容

第2章管路抗冲击分析的建模简化方法研究

2．1管路内液体对管系冲击环境的影响

2．2管路边界条件的简化理论分析

2．2．1基于三弯矩与五弯矩方程的连续梁弯矩传递分析

2．2．2利用有限元计算进行简支梁结论的验证

2．3舰船大型管路与相关附件的参数化高效建模

2．3．1管路模型

2．3．2管路附件模型

2．3．3支吊架的处理方法

2．4管路载荷的确定

2．5本章小结

第3章管路冲击响应分析方法及影响因素研究

3．1基于有限元法的管路冲击响应分析

3．1．1管系整体响应分析

3．1．2边界简化后的模型与整体响应的对比

3．2．1传统传递矩阵法

3．2．2精细积分传递矩阵法

3．2．3传递矩阵法在管路冲击中的应用

3．3管路冲击的几种影响因素

3．3．1单点谱及多点谱加载的对比分析

3．3．2支吊架刚度对管路冲击的影响

3．3．3支吊架阻尼对管路冲击的影响

3．4本章小结

第4章船体梁低频冲击环境新型测试方法理论研究

4．1模态加速度与应变的对应关系

4．1．1杆的纵向振动

4．1．2梁的弯曲振动

4．1．3预测效果的影响因素

4．2位移模态参数识别方法

4．2．1模态参数识别方法

4．2．2位移响应进行参数识别的程序设计与仿真验证

4．2．3应变响应进行模态参数识别的方法

4．3本章小结

第5章船体梁低频冲击环境新型测试方法试验研究

5．1．1试验设计

5．1．2数据处理

5．2实船试验数据的验证分析

5．2．1模型建立及振型的获取

5．2．2试验数据的预处理

5．2．3实船加速度的预测

5．3本章小结

总结与展望

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