隨著科技強(qiáng)軍政策的頒布和國(guó)家海洋戰(zhàn)略的深化,我國(guó)海軍對(duì)艦船抗打擊能力的要求與日俱增。艦載設(shè)備的抗沖擊能力是體現(xiàn)艦船生命力的重要指標(biāo),推進(jìn)軸系作為艦船動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu),其抗沖擊性能顯得尤為重要。海軍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:設(shè)備上艦前,需要開(kāi)展相應(yīng)的抗沖擊試驗(yàn)。然而船用柴油機(jī)軸系的規(guī)模相當(dāng)龐大,實(shí)物試驗(yàn)困難,水下爆炸產(chǎn)生的動(dòng)載荷在實(shí)物試驗(yàn)中也難以實(shí)施,因此工程中常通過(guò)數(shù)值仿真對(duì)沖擊動(dòng)響應(yīng)的預(yù)估。本文對(duì)艦船推進(jìn)軸系抗沖擊計(jì)算的數(shù)值方法展開(kāi)研究,并通過(guò)仿真計(jì)算分析了推進(jìn)軸系的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。首先,本文介紹了軸系抗沖擊常用的數(shù)值計(jì)算方法,對(duì)直接積分法進(jìn)行了理論推導(dǎo)。基于梁模型建立了某大型軸系的等效動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)規(guī)范BV043/85中水下爆炸載荷經(jīng)驗(yàn)公式,分別以沖擊波(散波)載荷模型和考慮氣泡脈動(dòng)后的載荷模型作為輸入激勵(lì),應(yīng)用Newmark方法計(jì)算了軸系沖擊動(dòng)響應(yīng),分析關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的沖擊動(dòng)響應(yīng)特性,對(duì)比兩種載荷模型下響應(yīng)的區(qū)別與關(guān)聯(lián)。然后,對(duì)非接觸爆炸載荷理論、水下爆炸的流固耦合理論和遠(yuǎn)場(chǎng)爆炸數(shù)值計(jì)算的聲固耦合法進(jìn)行了理論推導(dǎo),建立了推進(jìn)軸系安裝基礎(chǔ)的有限元模型。根據(jù)工程中經(jīng)�？己说乃卤ㄔ囼�(yàn)設(shè)置仿真工況,基于聲固耦合法計(jì)算軸系的基礎(chǔ)響應(yīng)。提取典型單元應(yīng)力響應(yīng)、典型節(jié)點(diǎn)加速度響應(yīng)和軸承節(jié)點(diǎn)的加速度、應(yīng)力響應(yīng),分析了載荷在安裝基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)的傳播規(guī)律,得到了軸系基座的沖擊的響應(yīng)。對(duì)比不同工況下的響應(yīng)特性,總結(jié)出水下爆炸參數(shù)對(duì)響應(yīng)的影響。接著,參考文獻(xiàn)中的縮比軸系實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?建立某小型艦艇的軸系的三維有限元模型,并與安裝基礎(chǔ)進(jìn)行耦合。軸系與基礎(chǔ)間采用剛性連接和考慮軸承等效動(dòng)剛度兩種耦合形式,分別計(jì)算軸系-艦船耦合模型的設(shè)備響應(yīng)和基礎(chǔ)響應(yīng)。通過(guò)仿真計(jì)算,得到耦合系統(tǒng)的應(yīng)力云圖,得到載荷傳播規(guī)律;得出各個(gè)工況下軸承支座節(jié)點(diǎn)加速度和軸系連接節(jié)點(diǎn)動(dòng)應(yīng)力的時(shí)歷曲線和響應(yīng)峰值,對(duì)比兩種耦合形式下響應(yīng)特性的差異,得出只考慮基礎(chǔ)時(shí)和艦船-設(shè)備剛性連接時(shí)推進(jìn)軸系動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算偏差。最后,基于動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)理論,通過(guò)虛擬約束界面模態(tài)法得出了求解艦船-設(shè)備耦合系統(tǒng)響應(yīng)半解耦形式的方程。該方法利用設(shè)備在與艦船界面上的約束模態(tài)得到艦船子結(jié)構(gòu)對(duì)設(shè)備子結(jié)構(gòu)的影響,并將其等效到設(shè)備子結(jié)構(gòu)的界面自由度上,通過(guò)模態(tài)綜合還原整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。該方法只需分別求解各個(gè)子結(jié)構(gòu)自由度階數(shù)的方程,縮減了動(dòng)力學(xué)方程組的規(guī)模。通過(guò)數(shù)值算例和艦船-軸系耦合系統(tǒng)的沖擊動(dòng)響應(yīng)計(jì)算并與有限元法對(duì)比,驗(yàn)證了該方法的有效性,也說(shuō)明了求解艦載設(shè)備和艦船局部結(jié)構(gòu)的動(dòng)響應(yīng)時(shí)具備足夠精度。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：U674.7
【部分圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 章 大型推進(jìn)軸系的沖擊動(dòng)響應(yīng)特性分推進(jìn)軸系通常指安裝在主機(jī)主軸的輸出端與艦船螺旋槳中間的個(gè)部件之間連接的作用。一般情況下，艦船的推進(jìn)軸系分為傳系附件幾部分[41]。圖 2.1 所示為某大型艦船的推進(jìn)軸系結(jié)構(gòu)示軸、艉軸等軸段以及各軸段支承軸承，軸系附件包括軸段之間裝置等，這些部件共同承擔(dān)了軸系傳遞艦船動(dòng)力的功能。

圖 2.2 Newmark 數(shù)值積分時(shí)間步長(zhǎng) Newmark 方法為代表的直接積分法雖說(shuō)較大的計(jì)算量，也相應(yīng)地較為費(fèi)時(shí)。同時(shí)題時(shí)也有較大的局限性。學(xué)分析本章第 2.2 小節(jié)中所述的軸系有限元模型對(duì)沖擊載荷進(jìn)行處理，開(kāi)展軸系動(dòng)態(tài)響實(shí)現(xiàn)了非接觸爆炸中沖擊波載荷和氣泡脈的響應(yīng)特性進(jìn)行分析和總結(jié)，繪制關(guān)鍵節(jié)應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系。通過(guò)求解各個(gè)軸承支座況。合

其進(jìn)行近似處理：沖擊波部分曲線的上升階段視為階躍信號(hào)，線性，后半部分為指數(shù)衰減曲線。近似公式為： 2 1 3 20111 01 22 1/1 2 3, 0,,t t t tut t ttu uu tt t t tt tu e t t t 一個(gè)氣泡脈動(dòng)周期內(nèi)的載荷峰值是沖擊波載荷峰值的 10—20的載荷峰值則衰減為第一個(gè)周期峰值的 80—90%[31]。為便于分周期的波形簡(jiǎn)化為理想半正弦波，其沖擊加速度的表達(dá)式為： sinptu t u 沖擊載荷的加速度峰值， 為沖擊載荷的持續(xù)時(shí)間。等效載荷
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