潜艇结构高频冲击环境的瞬态统计能量方法研究

摘要

冲击环境是衡量舰艇抗冲击性能，评价舰艇生命力的重要依据，冲击环境预报对于舰艇的设计和舰载设备抗冲击性能考核的重要性不言而喻。冲击谱是描述冲击环境最普遍的形式，但由于冲击环境预报方法的局限性，冲击谱的高频段预报未能得到很好地解决。因此，本文以高频冲击环境预报为根本目的，结合适用于解决高频复杂结构动力学响应的瞬态统计能量方法，从方法和工程应用上解决高频冲击环境预报问题，开展了瞬态统计能量法的高频冲击环境快速预报理论和试验研究。
　　首先，分析双耦合子系统在受到单激励情况下，采用瞬态统计能量方法求解平衡方程，计算子系统能量包络的理论解的整个流程，从而推导拓展到多子系统结构在受到单激励的能量包络的理论解，即从理论上解决瞬态统计能量方法在多子系统结构中应用的问题。利用子系统能量包络理论解计算分析频率对应的加速度-时间曲线，对每个分析频率下的加速度采取叠加的方式估计子系统实际加速度时历曲线，并以此预报潜艇的加速度冲击响应谱，使得预报速度大大提高。
　　第二，试验测试子系统的损耗因子。对潜艇结构适当简化并确定试验模型，对测点和激励点进行方案设计，开展试验获取典型子系统的内损耗因子和耦合损耗因子。分别依据基于Hilbert变换的瞬态衰减法以及瞬态统计能量和波动法相结合的试验理论，对试验数据进行分析后处理，最终获取潜艇典型子系统的2种参数并简要分析。
　　第三，验证瞬态统计能量方法预报冲击谱的有效性。将试验法获取的冲击谱分别与虚拟模态综合仿真和本文采用的瞬态统计能量方法获取的冲击谱进行对比，结果表明瞬态统计能量法和试验获取的冲击谱在100-1000Hz内吻合较好，验证了该方法在高频范围内冲击环境预报的有效性。
　　最后，对多子系统舱段高频冲击环境进行预报并分析冲击环境的影响因素。分别采用虚拟模态综合仿真和瞬态统计能量方法计算冲击谱并对比，验证了后者方法对多子系统结构进行高频冲击环境预报的有效性;并就损耗因子、冲击载荷以及舱段尺度对冲击谱的影响进行分析，得出三者对高频冲击环境预报结果的影响。
　　本文通过试验、仿真和提出的瞬态统计能量方法对高频冲击环境预报进行对比，验证了该方法预报高频冲击环境的有效性，将预报时间缩短至分钟级，并分析了冲击环境预报的影响因素，为解决舰艇等复杂结构的高频冲击环境快速预报提供了一种新思路。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1目的和意义

1．2国内外发展现状

1．2．1试验研究方面

1．2．2数值仿真方面

1．3论文主要工作简介

第2章船体瞬态统计能量分析方法

2．1瞬态统计能量分析的基本方法

2．2瞬态统计能量法和冲击环境的关系

2．2．1冲击谱的概念和主要特性

2．2．2瞬态统计能量的重要参数

2．2．3瞬态统计能量参数与冲击谱的关系

2．2．4冲击谱精确解

2．3两种损耗因子的试验原理

2．3．1损耗因子和能量平衡方程

2．3．2内损耗因子的试验原理

2．3．3耦合损耗因子的试验原理

2．4多子系统冲击环境预报原理

2．4．1艇体子系统划分依据

2．4．2多子系统的能量时历求解

2．4．3多子系统的冲击环境预报

2．5本章小结

第3章船体子系统损耗因子测试及数值

3．1模型尺寸的确定

3．2内损耗因子的测试、计算和结果

3．2．1试验准备与位点布置

3．2．2内损耗因子的计算案例

3．2．3试验数值结果及分析

3．3耦合损耗因子的测试、计算和结果

3．3．1位点布置

3．3．2耦合损耗因子的计算案例

3．3．3试验数值结果及分析

3．4本章小结

第4章船体二子系统冲击环境对比研究

4．1虚拟模态综合方法

4．2虚拟模态法数值和试验对比

4．2．1 VA One仿真流程

4．2．2虚拟模态法数值仿真

4．2．3数值仿真的结果分析

4．3瞬态统计能量法数值和试验对比

4．3．1瞬态统计能量法获取冲击谱的基本方法

4．3．2计算案例

4．3．3瞬态统计能量法数值结果

4．3．4计算结果和对比分析

4．4本章小结

第5章舱段高频冲击环境预报研究

5．1虚拟模态综合法的舱段冲击环境预报

5．1．1舱段统计能量模型的建立

5．1．2工况设置

5．1．3舱段的虚拟模态法仿真

5．2瞬态统计能量法的舱段冲击环境预报

5．2．1舱段的瞬态统计能量法计算

5．2．2不同工况下舱段冲击环境预报

5．2．3不同工况下预报结果及分析

5．3损耗因子误差对冲击环境预报的影响

5．3．1内损耗因子误差对子系统能量的影响

5．3．2耦合损耗因子误差对子系统能量的影响

5．3．3计算案例

5．3．4能量误差对冲击环境预报的影响

5．4舱段冲击环境的其他影响因素研究

5．4．1舱段尺度对冲击环境的影响

5．4．2冲击载荷对冲击环境的影响

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