船舶浮筏隔振系统的抗冲击性能分析与试验研究

摘要

浮筏隔振技术已成为目前舰船机械设备减振降噪研究的热点之一。对船舶浮筏系统的动态特性和抗冲击性能的研究工作具有十分重要的现实意义。本文的主要内容包括以下几个方面： 第一，在分析了水下爆炸载荷的产生和特点的基础上，建立了水和炸药的材料状态方程；利用非线性显式积分有限元软件Dytran，对水下爆炸载荷及其传播过程进行了有限元仿真；水下爆炸冲击波载荷的仿真结果与半理论、半经验Cole计算公式基本接近，为浮筏舱段在水下爆炸载荷作用下的动态响应分析提供了基础。 第二，推导了基于频响函数相关性的灵敏度分析的有限元模型修正方法，并利用该方法对浮筏舱段结构有限元模型进行了修正，修正后的结构有限元模型的动态特性与实际模型试验测试结果基本吻合，提高了浮筏舱段在水下爆炸载荷作用下的动态响应分析精度。 第三，在Dytran中把水下爆炸载荷、船舶结构和设备浮筏系统当成一个整体，建立了考虑流体和浮筏舱段结构耦合的非线性有限元模型，进行了一体化的冲击响应预报，研究了水下爆炸冲击载荷波、气泡脉动压力载荷作用下浮筏舱段的冲击响应结果，分析了结构材料、隔振器的非线性特性对浮筏舱段冲击响应的影响。 第四，设计并加工了一个浮筏舱段模型及抗冲击性能试验装置，对舱段模型进行了不同方向的冲击试验，测试了船体、基座、筏体和设备的冲击响应加速度、速度和位移，研究了该浮筏舱段在不同方向的抗冲击性能。 第五，对浮筏舱段模型进行了水下爆炸抗冲击性能试验研究，测试了水下爆炸产生的压力载荷和浮筏舱段的冲击响应加速度，分析了冲击波和气泡脉动压力的幅值、比冲量和能量密度，深入研究了气泡脉动压力载荷对于船舶设备隔离系统冲击响应的重要作用，验证了浮筏舱段具有对水下爆炸载荷的良好冲击性能。 第六，对抗冲浮筏舱段进行了隔振性能与水下声辐射试验研究，分析了多机组扰动、设备转速和设备管系对于浮筏舱段水下声辐射的影响，验证了本文设计的浮筏舱段在具有良好的抗冲击性能的同时，还具有良好的隔振效果。 本文通过理论和试验的研究，得到了若干具有工程应用价值的结论，对于船舶浮筏系统良好的隔振效果和抗冲击性能设计具有参考意义。