船用大型设备抗冲击数值模拟研究

摘要

本文针对舰船设备冲击环境的复杂性，以及舰船设备本身的结构特点，结合舰船设备抗冲击计算的相关理论，采取数值方法对舰船设备抗冲击计算方法进行研究。本研究旨在研究准确地进行舰船设备抗冲击计算分析方法，以及从基本理论到数值试验的技术实现，同时研究冲击载荷作用下舰船设备结构动态响应特性，以及结构强度的计算方法。 首先，分析舰船设备的结构特点，根据其结构特点研究舰船设备有限元建模技术，研究包括几何模型的合理简化、有限元网格从单元类型选择、单元质量控制、模型有效性验证以及非线性因素建模。 其次，研究舰船设备抗冲击计算分析的时域模拟法的基本理论，及有限元计算的具体实现过程。本文研究了抗冲击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。并以某舰船主汽轮机组为例，诠释了舰船设备抗冲击计算分析时域模拟的计算分析过程，同时分析了该主汽轮机组的动态响应特性。 第三，研究了舰船设备抗冲击薄弱环节和危险区域的判定方法。通过对舰船设备结构响应进行统计分析，采用拉伊达准则对其抗冲击能力薄弱环节进行判定，并与频率计算方法的判定结果进行对比分析。分析表明：采用拉伊达则对舰船设备进行抗冲击能力薄弱环节进行判定是可行的，并且具有较好的精度。 第四，基于子模型方法的舰船设备连接件强度计算方法研究。研究分析了子模型方法的基本原理，并以某汽轮机汽缸结构为计算模型验证了子模型方法的有效性。作为计算实例，对上述主汽轮机组的连接螺栓进行强度校核。 第五，将某舰船主汽轮机组和主减速齿轮装置组合为一个整体进行冲击计算分析，并与每个设备独立进行冲击计算的结果进行对比分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究的目的意义

1.2舰船设备抗冲击数值研究发展历程

1.3舰船设备抗冲击分析的特殊性

1.4国内外研究现状

1.5论文的主要研究内容

第2章舰船设备抗冲击计算有限元建模技术研究

2.1引言

2.2舰船设备结构特点

2.3几何模型简化

2.3.1几何模型简化的对象

2.3.2几何模型简化的基本原则

2.3.3几何模型简化具体实施方法

2.4有限元网格划分

2.4.1单元类型选择

2.4.2网格质量控制

2.5模型有效性验证

2.5.1模态分析

2.5.2计算实例——主汽轮机组模态分析

2.5.3材料模式

2.5.4高低压转子模态分析

2.5.5主汽轮机组整体结构模态分析

2.6非线性影响因素模拟

2.6.1接触面间隙效应

2.6.2油膜刚度模拟

2.6.3减振元件模拟

2.7本章小结

第3章舰船设备抗冲击时域模拟研究

3.1引言

3.2时域模拟法基本理论

3.3时域模拟法的冲击输入

3.3.1冲击输入谱

3.3.2冲击输入谱的时域转化法

3.4计算实例

3.4.1计算模型

3.4.2材料模型

3.4.3冲击载荷

3.4.4数据处理方法

3.4.5主汽轮机组动态响应特性分析

3.5本章小结

第4章舰船设备抗冲击薄弱环节判定方法研究

4.1引言

4.2舰载设备抗冲击薄弱环节确定方法

4.2.1舰载设备抗冲击薄弱环节的频率计算法

4.2.2舰载设备抗冲击薄弱环节的拉伊达准则判定法

4.3算例

4.3.1计算模型

4.3.2计算结果分析

4.4本章小结

第5章舰船设备连接件抗冲击计算方法研究

5.1引言

5.2子模型方法

5.3子模型方法有效性验证

5.3.1计算模型

5.3.2材料模式

5.3.3载荷边界条件

5.3.4计算结果分析

5.4.算例

5.4.1主汽轮机组有限元模型

5.4.2材料模型

5.4.3强度判定准则

5.4.4冲击载荷

5.4.5计算结果分析

5.4本章小结

第6章舰船组合设备抗冲击动态响应特性研究

6.1引言

6.2计算模型

6.2.1有限元模型

6.2.2材料模式

6.2.3冲击载荷

6.2.4数据处理方法

6.3垂向加载工况动力机组动态响应分析

6.4横向、纵向加载工况动力机组动态响应分析

6.5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