本文關鍵詞：某艦船發(fā)射裝置加強結構的有限元分析及優(yōu)化設計

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【摘要】：本文以艦船發(fā)射裝置的加強結構為研究對象,重點研究了加強結構的動力特性與動力響應并對基座進行了輕量化設計。以有限單元法為基礎,在ABAQUS中采用板殼單元建立了加強結構各部件的有限元模型,然后利用綁定約束將各部件組合成加強結構的整體有限元模型；采用集中質量單元與耦合約束模擬發(fā)射裝置與加強結構的連接,并將該模型用于結構的動力分析中。對加強結構有限元模型進行模態(tài)分析,得出其固有頻率與振型,然后基于靈敏度分析理論對加強結構中可能產生共振的頻率進行優(yōu)化設計,改善了結構的動力特性同時保證了結構總質量變化不大�；诜蔷�性動力學理論,對加強結構進行瞬態(tài)動力分析,通過仿真計算得到了艦船發(fā)射裝置加強結構在12種射擊工況下的應力分布以及耳軸處的Z向位移振動曲線。結果表明,各個工況下加強結構均滿足強度和穩(wěn)定性要求,并存在一定的優(yōu)化余量；且當艦船縱搖,發(fā)射裝置沿方位角0°、俯仰角85°射擊時,加強結構所受應力最大,振動最強烈。將基座模型導入HyperMesh后,采用序列二次規(guī)劃法在OptiStruct對基座進行輕量化設計。優(yōu)化后,基座總質量減輕但強度和穩(wěn)定性依舊滿足使用要求,為艦船其他結構的優(yōu)化設計提供參考和理論依據(jù)。
【關鍵詞】：艦船 加強結構 固有頻率 靈敏度 瞬態(tài)動力分析 輕量化
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U674.703.5
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-15
• 1.1 選題的背景和意義8-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 船體結構的強度研究10-11
• 1.2.2 船體結構的振動研究11-12
• 1.2.3 結構輕量化設計12-14
• 1.3 本文的研究內容14-15
• 2 加強結構的有限元建模15-28
• 2.1 有限元法基本理論15-21
• 2.1.1 有限元法分析過程概述15-17
• 2.1.2 應力計算方法17-18
• 2.1.3 殼單元基本理論18-21
• 2.2 有限元模型的建立21-27
• 2.2.1 力學計算模型的建立21
• 2.2.2 幾何建模原則21-22
• 2.2.3 模型計算范圍與坐標系的確定22
• 2.2.4 支柱22
• 2.2.5 艙壁骨架22-23
• 2.2.6 球扁鋼的模擬23-24
• 2.2.7 發(fā)射裝置的模擬24
• 2.2.8 焊縫的處理24-26
• 2.2.9 單元形狀的選擇26
• 2.2.10 網(wǎng)格劃分26
• 2.2.11 計算模型26-27
• 2.3 本章小結27-28
• 3 加強結構的模態(tài)分析與優(yōu)化28-45
• 3.1 模態(tài)分析的基本理論28-31
• 3.1.1 實特征值分析28-30
• 3.1.2 振型向量的性質30-31
• 3.2 主模態(tài)的提取31-33
• 3.3 艦船發(fā)射裝置加強結構的模態(tài)計算33-35
• 3.3.1 模態(tài)分析邊界條件的確定33
• 3.3.2 模態(tài)計算結果33-35
• 3.4 外界干擾對結構動態(tài)性能的影響35-36
• 3.4.1 螺旋槳激振力35
• 3.4.2 柴油機激振力35-36
• 3.4.3 武器的射擊頻率36
• 3.5 共振分析36-37
• 3.6 加強結構的動力特性優(yōu)化37-44
• 3.6.1 設計變量的選擇37-38
• 3.6.2 靈敏度分析38-41
• 3.6.3 約束條件41-42
• 3.6.4 基于靈敏度分析的加強結構優(yōu)化設計42-44
• 3.7 本章小結44-45
• 4 加強結構的瞬態(tài)動力學分析與校核45-57
• 4.1 瞬態(tài)動力學理論基礎45-47
• 4.1.1 瞬態(tài)動力學分析的基本概念45
• 4.1.2 瞬態(tài)動力分析的求解方法45-46
• 4.1.3 ABAQUS/Standard的增量步46-47
• 4.2 不同發(fā)射工況下的瞬態(tài)動力學仿真47-56
• 4.2.1 各部件之間的連接關系47
• 4.2.2 載荷計算及工況47-51
• 4.2.3 阻尼51
• 4.2.4 衡準51-52
• 4.2.5 艦船發(fā)射裝置加強機構的瞬態(tài)動力分析結果52-55
• 4.2.6 主要構件穩(wěn)定性校核55-56
• 4.3 本章小結56-57
• 5 基座的輕量化設計57-69
• 5.1 輕量化設計的途徑57-58
• 5.2 基座優(yōu)化初始結構的有限元模型58-59
• 5.3 工況選擇及邊界條件處理59-60
• 5.4 結構優(yōu)化設計理論基礎60-64
• 5.4.1 優(yōu)化設計基本算法60-62
• 5.4.2 近似模型62-63
• 5.4.3 約束屏蔽63-64
• 5.5 基于OptiStruct的尺寸優(yōu)化設計64-68
• 5.5.1 尺寸優(yōu)化數(shù)學模型的建立64-65
• 5.5.2 靈敏度分析65-67
• 5.5.3 尺寸優(yōu)化結果67-68
• 5.6 本章小結68-69
• 6 結束語69-71
• 6.1 工作總結69
• 6.2 工作展望69-71
• 致謝71-72
• 參考文獻72-76
• 附錄76

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本文編號：725867