管路系统静动态力学特性计算软件包开发

摘要

潜艇的管路系统正如人的血管系统，它维系着潜艇生命力，其重要性不言而喻。管路系统噪声问题也日益突出，但相关研究仍然不足。本文采用面向对象程序设计方法对复杂管路系统建模、采用有限元法对管路系统的强度和模态进行分析、并通过基于OpenGL的图形绘制技术对模型及结果进行显示。通过本文的研究，为潜艇管路系统抗冲击性能评估、优化设计及噪声评估软件包开发奠定基础。主要内容包括：
　　 ⑴将管路视为理想的空间连续梁结构，考虑流体、敷设层以及管道的重量，将阀门、法兰等管路设备视为具有重量的刚体，采用有限元方法分析管路，得到各管段单元节点的内力；然后通过梁理论计算管单元上最大弯曲应力、剪切应力以及扭转应力；接着考虑管路的内压，计算其轴线及周向应力，两者进行叠加得到管路的冷态应力；最后再计算管路的二次热应力。基于实际工程管路中应用的典型结构形式，本文建立了直管单元和锥形管单元进行有限元管路强度分析。
　　 ⑵在静力分析的基础上，对管路及设备单元增加质量矩阵和阻尼矩阵，通过能量方法建立运动方程，用Lanczos方法计算出管路系统的低阶模态，并通过模态叠加法求出简谐载荷、冲击载荷下系统的动力响应。
　　 ⑶在理论分析的基础上，使用Visual C++平台，完成管路系统静动态力学分析程序的开发；通过与通用有限元软件的计算结果对比，验证了程序的正确性。