推进轴系抗冲击性能工程化快速评估方法

摘要

各种类型的船舶都会受到冲击作用的威胁,尤其是船用设备,在冲击作用下极易发生失效。推进轴系作为船舶的动力装置,其抵抗冲击能力的优劣直接影响船舶的稳定性与安全性。为了在船舶方案设计阶段实现推进轴系抗冲击性能的快速考核,本文以工程化快速评估方法为研究对象,通过总结一般化评估方案的优缺点,确定了快速评估的实施办法,即在推进轴系冲击响应快速求解方法的基础上进行大量的工况计算,得到推进轴系的抗冲击极限载荷,再将轴系承受的某个冲击载荷与极限载荷进行对比,即可判断它是否会对推进轴系造成破坏。由于上述方案只需进行载荷的对比,不必用其对轴系进行求解,即避免了繁琐的计算过程,因此,实现了推进轴系抗冲击性能的快速评估,为工程应用提供了便利。
　　首先,本文以某型水面快速船舶的推进轴系为例,应用一般化评估方法对其抗冲击性能进行了考核。通过分析评估过程的不足与可取之处,从而确定了工程化快速评估方法的实施方案。此外,一般化评估方法没有考虑推进轴系艉部的进动现象,本文针对这一空缺进行了研究,并排除了其对推进轴系冲击分析的影响。
　　根据实施方案,本文确定了实现推进轴系抗冲击性能快速评估所需解决的问题,其一是如何进行冲击响应的快速求解。针对这一问题,本文使用了梁来简化推进轴系,并基于数值仿真手段分析了该方法的可行性,归纳了梁模型与实体模型的应力关系。结果表明,梁模型的建立过程不繁琐,且求解快速;两种模型的位移响应较为接近,且应力存在一定的比例关系,这为快速求解方法提供了使用依据。
　　在快速求解方法的基础上,本文对不同吨位船舶的推进轴系进行了大量的工况计算,得到了相应的抗冲击极限载荷,并拟合了极限载荷阈值曲线。阈值曲线是安全载荷与危险载荷的划分界限,只要将推进轴系实际承受的冲击载荷与其进行对比,即可判断该载荷作用下的推进轴系是否安全。
　　考虑到推进轴系承受的冲击可能来自于水下远距离弹药的爆炸,为了评估该条件下推进轴系的抗冲击能力,本文在水下冲击波研究成果的基础上,将船体结构因素融入其中,分析了推进轴系所受冲击载荷的计算方法。具体的研究过程经历了冲击波-设计谱速度-冲击谱-时历载荷四个步骤,其中,重点推导了设计谱速度的表达式,并依据试验数据对其精度和有效性进行了验证;最终获得的冲击载荷可直接与阈值曲线进行对比,从而实现该冲击条件下推进轴系抗冲击性能的快速评估。
　　最后,考虑到本文的载荷阈值曲线是基于插值方法得到的,为了验证其有效性,故在其上选取了拟合点以外的冲击载荷,并应用它们对相应吨位船舶的推进轴系进行了求解。结果表明,阈值曲线的精度较高,且评估标准略偏于保守。

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第1章 绪论

1.1 课题的背景与意义

1.2 课题的国内外研究现状

1.3 课题的主要研究内容

第2章 推进轴系抗冲击快速评估方案设计

2.1 引言

2.2 有限元模型

2.3 快速评估方法方案设计

2.4 轴系艉部进行现象的影响

2.5 本章小结

第3章 推进轴系抗冲击极限载荷

3.1 引言

3.2 快速求解方法研究

3.3 推进轴系抗冲击极限载荷

3.4 本章小结

第4章 推进轴系冲击载荷设计方法

4.1 引言

4.2 设计谱速度

4.3 时域转换

4.4 本章小节

第5章 快速预报方法的有效性验证

5.1 引言

5.2 载荷阈值曲线的有效性验证

5.3 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