船用大型设备抗冲击数值模拟研究

船用大型设备抗冲击数值模拟研究作者：赵新学位授予单位：哈尔滨工程大学相似文献(6条)1.学位论文仇栋熠水下爆炸载荷作用下舰船设备抗冲击生命力研究2007现代舰船在海战中必然会面临非接触水下爆炸引起的冲击破坏问题。随着水中兵器的迅猛发展，爆炸当量和冲击持续时间明显增加，舰船及舰载设备的冲击环境更为恶劣。因此，积极开展非接触水下爆炸载荷作用下舰船设备的抗冲击研究，对提高舰船的生命力和战斗力具有重要的意义。本文是在对水下爆炸载荷理论、舰船设备抗冲击理论研究的基础上，研究舰船设备的冲击破坏模式，确定破坏判据，并以我国典型的大型水面舰船为研究对象，结合水下爆炸数值仿真方法，对水下爆炸载荷作用下舰船结构动态响应及设备冲击环境进行研究，获得典型舰船重要设备的安全半径，回归经验公式，提出舰船设备抗冲击生命力模糊综合评判方法，并对浅层水中爆炸的水底效应做了初步研究。本文主要研究工作如下：（1）研究水下爆炸载荷理论及数值仿真方法，研究舰船设备的冲击破坏模式，确定破坏判据，分析以经验公式为基础和以试验为基础的两类舰船设备抗冲击设计方法，对比国内外舰船设备抗冲击设计标准；（2）在舰船设备冲击振动理论研究的基础上，对典型大型舰船进行全舰冲击数值模拟，分析爆炸方位角对舰船结构动态响应的影响，计算主机冲击环境，确定设备安全半径，回归舰船设备响应与爆炸冲击因子的关系、设备安全半径与炸药量的关系，并设计人机交互界面，实现对典型水面舰船设备冲击环境和安全性的快速、准确预报；（3）在模糊综合评判基本理论研究的基础上，引入炸药量、爆距、爆炸方位角、设备相对位置和设备抗冲击能力等参数，提出水下爆炸载荷作用下舰船设备生命力的模糊综合评判方法，实现对舰船设备生命力的模糊评判；（4）在浅层水中爆炸冲击波研究的基础上，实现不同水底条件下舰船结构响应的数值模拟及设备冲击环境、安全半径的计算，与无限水域的爆炸情况进行比较，分析水底效应的影响规律。2.期刊论文周其新.姚熊亮.张阿漫.赵新.ZhouQi-xin.YaoXiong-liang.ZhangA-man.ZhaoXin舰用齿轮箱抗冲击能力时域计算-中国舰船研究2007,2(3)为找出舰船设备的潜在问题或薄弱环节,从而保证舰船的战斗力;以及为避免由于对设备的抗冲击性能不了解即进行冲击试验可能对设备造成的损坏,抗冲击数值模拟分析对于舰用设备是必要的.对舰用齿轮箱抗冲击能力进行时域数值模拟,使用MDT软件建立齿轮箱三维几何模型,利用HyperMesh软件进行前处理以及有限元网格划分,并将有限元模型导入ABAQUS软件,对齿轮箱抗冲击能力进行时域计算.分析数值模拟结果得到了齿轮箱典型部位处冲击响应,总结了齿轮箱抗冲击的一些规律,并找出了齿轮箱结构抗冲击的薄弱环节,为齿轮箱结构优化设计提供了参考.3.学位论文尹群水面舰船设备冲击环境与结构抗冲击性能研究2006现代舰船在海战中必然会面临非接触爆炸引起的冲击破坏问题。随着导弹、激光炸弹和水中兵器的快速发展，爆炸当量和冲击持续时间明显增加，为保证舰船的安全和正常使用，提高舰船生命力和战斗力，应对舰船设备冲击环境与舰船结构、设备抗冲击性能进行详细深入的研究。舰船承受水下爆炸载荷是舰船结构在很短的时间内在巨大冲击载荷作用下的一种复杂的非线性动态响应过程，属大变形、强非线性问题。它涉及到水下爆炸冲击波和舰船结构的相互耦合作用，同时水下爆炸还包含很多不确定因素，如水下爆炸的炸药类型、药量大小、炸药到结构的距离、水下环境、舰船自身结构的特点等。由于水下爆炸的复杂性，对其进行详细的理论研究并企图通过建立一个精确的数学模型而使水下爆炸问题得到完全解析是十分困难的。水下爆炸试验固然可以获得准确可靠的结果，但它是一种极其昂贵的破坏性试验，对环境及舰员产生巨大的损伤，不可能经常性的采用，而且问题本身的强非线性特征和不确定性也使试验结果存在很大的局限性。随着计算机技术和数值计算技术的发展，使得计算机虚拟仿真试验的作用地位日益突出，以数值仿真试验为主，实验试验为辅的技术路线开始成为大多数国家海军舰船抗冲击研究的有效途径，同时也成为今后舰船抗冲击技术的发展方向。本文采用理论分析、数值仿真和试验验证相结合的研究方法，对舰船结构及设备的抗冲击性能进行了深入的研究。通过对显式非线性有限元求解技术的消化吸收，研究了适合船舶水下爆炸分析的数值仿真方法，实现了炸药爆轰、水下爆炸荷载在水中传播、舰艇结构在水下爆炸载荷作用下的动态响应的仿真过程。计算分析获得舰船典型设备冲击环境，建立典型水面舰船设备冲击环境仿真预报的理论和方法，对舰船设备的冲击环境进行了仿真预报，在此基础上提出了快速简便、准确可靠的舰船设备冲击环境的预报公式，实现对大、中、小三型典型水面舰船设备冲击环境快速、准确预报，为进一步开展舰船设备抗冲击设计与研究打下了坚实的基础。同时本文还对舰船结构的抗冲击性能进行了详细的研究，探讨了典型舰船在非接触水下爆炸载荷作用下结构的变形破坏模式及损伤机理，在此基础上对新型抗冲击结构形式进行了探索，提出了吸能效果较好的四种新型结构形式，并进行水下爆炸模型试验，对上述数值仿真结果进行验证。本文的主要研究工作如下：（1）对爆轰波理论和炸药爆轰冲击波理论进行了研究，建立炸药爆轰和水下爆炸荷载在水中传播的数值仿真方法。采用大型通用有限元程序MSC.DYTRAN对水下爆炸载荷进行了数值模拟和分析，实现了水下爆炸全过程数值仿真，获得了水下爆炸载荷特点及变化规律。对水下爆炸载荷数值仿真技术进行了研究，探讨了爆炸水域范围、网格划分大小、流场边界条件、炸药和水等参数的确定方法，引入无因数综合网格尺寸系数，获得最佳网格尺寸，解决数值仿真结果的精度问题。研究砂土、砂岩、岩石、绝对刚性等不同水底介质对水中冲击波的影响效果。试验比较研究表明，本文的数值仿真方法能较好的模拟水下爆炸的爆轰过程及冲击波的传播过程。（2）对舰船在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行数值仿真计算，获得大、中、小三型典型舰船结构与设备动态响应特点。提出了炸药量、爆距等爆炸冲击特征参数对典型舰船冲击响应的影响趋势，总结出了影响的规律，获得舰船典型设备冲击环境，并分析了无限水深与刚性底面海底条件以及舷侧不同角度爆炸等因素对水面舰船设备冲击环境的影响规律。（3）在水下爆炸载荷作用下舰船动态响应研究的基础上，分析典型舰船各主要设备位置处的位移、速度、加速度响应特点，绘制其冲击环境图谱，建立爆炸冲击因子、设备位置参数与冲击环境之间的关系。在此基础上，建立大、中、小三型典型水面舰船设备冲击环境仿真预报的理论和方法，对舰船设备的冲击环境进行了仿真预报，提出快速简便、准确可靠的舰船设备冲击环境的预报公式，实现对典型水面舰船设备冲击环境快速、准确预报。实例计算表明，此方法快速简便、准确可靠。（4）对水下爆炸载荷作用下舰船结构损伤模式及构件塑性变形能吸收特性进行了深入的研究。在吸能理论研究的基础上，提出了吸能效果好、结构材料轻、制造工艺简单、符合舰船设计要求的舰船双层底新型抗冲击结构形式，计算其抗冲击性能。分析舰船双层底船底纵桁填充泡沫材料后的舰船抗冲击性能及单层隔冲器和双层隔冲系统的隔冲效果。（5）在水面舰船冲击环境和结构抗冲击性能理论及有限元数值仿真研究的基础上，进行了舰船结构及设备抗冲击模型试验研究，获得水下爆炸荷载实际分布规律，验证了帽形结构（CS）、半圆管结构(STS)等新型结构形式的吸能效果以及不锈钢钢丝绳隔冲系统的抗冲击性能。4.学位论文周璞舰船设备反冲力动力响应的仿真计算及其研究2003在本文中，建立了舰船及流体的三维有限元模型，在考虑流固耦合作用的情况下，对舰船受到武器装备设备反冲力作用时的动力响应做出了数值模拟和预测，讨论了在不同边界条件的情况下，设备反冲力对舰船结构的影响，为舰船的优化设计提供依据和参考。本文首先着重介绍了舰船抗冲击的历史及其发展，对国内外舰船抗冲击的历史以及国内外舰船抗冲击仿真计算做了较为详细的介绍。对本文所要做的工作做了详细的描述，提出了本文中所遇到问题，指出文中要做的工作的难点和关键。文中比较详细的对流固耦合的基本理论做了介绍，对流体的特性做了简单的描述，叙述了流固耦合振动的国内外的发展情况，重点讨论了流固耦合结构数学模型的推导，得出了结构-流体的耦合振动方程，并用有限元的方法离散了流体结构方程组，指出了边界条件的处理方法。文中还涉及船舶计算结构力学的部分内容，对其做了简单的介绍。由于文中主要关心结构受到冲击后的动力响应，因此，文中详细的介绍了结构动力学数值计算的方法，比较了不同算法的各自的优势及使用范围，合理的选定了处理文中问题的计算方法。针对文中的问题以及计算精度的要求，确定了积分步长的大小，并根据耦合场的要求，合理的选取了有限元软件，确定了对耦合系统的处理方法。有限元模型的建立是本文中计算的关键，因此文中详细的有限元模型的建立过程以及其中的关键，给出了模型的的建立方法，根据理论，合理的确定了结构阻尼的处理方法及其大小。文中详细的计算了舰船在自身武器装备反冲作用下，在不同的边界条件下的动力响应，给出了整体的应力及应变的分布，对关键的部位给出了的应力，位移，速度，加速度等振动参数的数值，对在不同边界条件下的结果做出了比较，得出了处理这类问题的一些方法，对这类流固耦合振动的计算问题做出一定的研究。5.期刊论文王国治.支李峰.邓文彬.WANGGuozhi.ZHILifeng.DENGWenbin水下爆炸环境中舰船浮筏装置冲击响应研究-江苏科技大学学报（自然科学版）2006,20(5)针对舰船所面临的水下爆炸冲击环境,研究了船用柴油发电机组的隔振浮筏系统对于水下爆炸冲击的响应特性.通过建立带有设备以及隔振系统的舰船结构连同周围水介质的有限元分析模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了水下爆炸冲击波在水中的传播及其对船体的流固耦合作用,研究了柴油发电机组、浮筏筏体以及设备基座在爆炸冲击下的动态响应.文中着重分析了不同爆炸冲击因子对船体与浮筏结构的冲击响应的影响,探讨了提高舰船设备抗冲击性能的途径.6.学位论文崔颖空中爆炸载荷作用下舰船典型结构动态响应研究2008水面舰船在作战时，不可避免会遭到敌方反舰武器的攻击,水下反舰武器如水雷、鱼雷；空中反舰武器如反舰导弹、航空炸弹等。从产生的破坏效果来看，舰船及其设备遭受到的攻击可分为接触爆炸和非接触爆炸两大类。随着防御武备的不断发展，特别是射束武器和雷达干扰技术的发展，反舰武器很可能被提前引爆，使舰船遭受非接触爆炸攻击的概率增大。对水面舰船而言，根据爆炸时所处流体介质的不同，可分为空中非接触爆炸和水下非接触爆炸两类。空中非接触爆炸主要是对舰船的舰体结构、操船系统、武备系统、动力系统、电力系统、电子通信指挥系统形成破坏，使舰船削弱、甚至完全丧失战斗力和生命力。桅杆是现代舰船的一种重要的上层建筑，在上面搭载着精密的雷达系统、通信、指挥系统、气象观测等电子仪器、设备，是舰船航行和作战的耳目。因此，研究空中非接触爆炸对舰船的破坏效应，在设计阶段预报舰船结构在非接触爆炸下的响应，研究舰船结构及设备的抗冲击分析方法以及舰船设备隔振系统的研究，对提高舰船的战斗力和生命力具有重要的工程应用价值。本文针对水面舰船结构在非接触爆炸下的一些动力学问题及其应用，采用理论分析和数值计算相结合的方法开展研究。研究主要包括几个方面的内容：爆炸载荷及其在空气中的传播；流固耦合作用下舰船桅杆结构的动态响应；几种舰船设备隔振系统对改善设备抗冲击环境的研究。本文的主要研究工作与结论如下：（1）通过对空中爆炸冲击波的形成、特性和传播规律的研究，整理归纳了自由大气爆炸冲击波参数计算方法和计算公式，并对这些公式进行了比较和分析。通过比较，了解了各公式的适用范围以及相互间的差异，并分析确定了适合本文进行比较研究的公式。对于空中爆炸冲击波，利用MSC.Dytran大型有限元软件模拟爆炸冲击波在空中的传播，得到具有足够计算精度的结果。（2）通过对空中爆炸冲击波传播的全过程的数值模拟，讨论了不同网格密度和不同炸药模拟方法对计算结果的影响。网格密度系数越大，冲