速度阶跃法计算冲击响应幅值的误差原因和适用条件研究

当冲击力作用时间远小于隔离系统的固有周期时，我们通常把冲击运动理想化为速度阶跃，由于这种处理方法大大简化了冲击响应的分析和计算，因此被广泛地用于冲击响应幅值和冲击谱的计算中，而实际上对于有阻尼系统原有的适用条件是不充分的。长期以来速度阶跃法存在严重的误用。本文通过对使用速度阶跃法计算冲击响应幅值的误差原因的研究，提出了速度阶跃法完整的适用条件。     

带限位器单层隔振系统冲击响应研究

在舰艇设备中,通常采用隔振系统来吸收冲击所带来的能量,为了限制设备受到冲击载荷时发生过大变形,隔振系统通常带有限位器。以单自由度单层隔振系统为研究对象,采用时域有限元分析方法,分别对带有不同阻尼限位器的隔振装置受到水下爆炸载荷冲击下的响应进行数值仿真研究,计算得出隔振系统在冲击载荷作用下的相对位移响应和绝对加速度响应,分析了限位器参数对冲击响应的影响,旨在为舰艇设备抗冲击性能设计及性能评估提供参考。     

库仑阻尼系统的冲击响应研究

利用分段线性方法对含库仑阻尼系统的冲击方程进行了解析求解。研究发现,忽略库仑阻尼的粘滞作用,或对冲击激励进行速度阶跃等效,会造成冲击响应计算结果严重偏离正常值。利用仿真结果给出了库仑阻尼系统冲击响应的特点,得出库仑阻尼的加入可有效地提高冲击隔离器的抗冲性能。研究结果对于深入研究库仑阻尼系统冲击响应有重要参考价值和潜在的应用价值。     

带限位隔离系统抗冲击性能分析

为了提高舰载设备的抗冲击性能,改善限位参数不匹配造成的二次冲击问题,利用ANSYS中带有间隙的弹簧单元构建带限位隔离系统的仿真计算模型,分析阻尼参数尤其是大阻尼限位对隔离系统冲击响应的影响。研究结果表明:对于任意一确定刚度比,即限位器与隔离器的刚度之比,都存在一个最优阻尼比,使得隔离系统的加速度响应幅值最小,并且最优阻尼比随刚度比增大而增大。适当的限位器阻尼可改善隔离系统的冲击性能,特别是大阻尼限位系统不仅能够有效限制相对位移响应幅值,而且能够大幅降低加速度响应幅值,有效提高舰载设备的抗冲击性能。     

利用增量模态叠加法计算带限位器隔离系统非线性冲击响应

舰船机械设备冲击隔离技术研究是一个较为复杂的综合性问题，特别是安装限位器之后，使得隔离系统不能作为线性系统来处理，因而在冲击响应计算时就不能直接采用模态叠加≯和基于机械振动模态理论和响应谱的动态设计分析方法（DDAM），需要探索新的计算方法。论文将增量模态叠加法推广应用于带有限位器的多层隔振系统的冲击响应计算之中。计算结果与冲击试验结果基本一致，说明采用增量模态叠加法计算浮筏隔离系统的冲击响应是可行的。论文利用增量模态叠加法计算分析了限位器安装位置及其参数对冲击响应的影响，结果表明，安装在浮筏隔振系统不同位置上的限位器，将会对机组和筏体的最大加速度和最大位移响应产生不同的影响。     

限位器对隔振系统抗冲击性能的影响

水面舰艇特别是潜艇在战斗条件下的主要威胁来自水中爆炸物的非接触性爆炸,选用抗冲击性能好的设备和对设备采取冲击防护措施可以保证艇上设备的安全性,使用隔振装置就是一种较好的冲击防护措施。对于通常的隔振装置,在一定的冲击作用下,设备的相对位移响应较大,可能超过了设备外接管线的变形能力,甚至超过了隔振器本身的极限变形能力。在隔振装置中使用限位器可以有效地限制设备的最大相对位移。通过对弹性限位器各参数(工作间隙和刚度)对隔振系统抗冲击性能(设备的最大加速度和最大相对位移)的影响的探讨,提出了限位器各参数的确定方法。对浮筏隔振系统中限位器的参数进行设计,应用MSC.NASTRAN 软件对具有限位器和没有限位器的浮筏隔振系统冲击响应进行计算,分析了限位器对浮筏隔振系统抗冲击性能的影响。     

冲击激励下含限位器的气囊-船用旋转机械系统的动力学特性分析

主要研究了冲击激励下含限位器的气囊-旋转机械系统的动力学特性。首先,考虑了轴承的非线性油膜力和转子的不平衡力等因素,建立了在冲击激励下气囊-旋转机械系统的非线性动力学模型;然后,采用数值模拟的方法分析了冲击激励下,限位器对气囊-旋转机械系统动力学特性的影响,讨论了在限位器不同刚度比、安装间隙、阻尼比等参数下气囊-旋转机械系统的动力学响应。结果表明:限位器的刚度和安装间隙对冲击激励下系统的最大相对位移和绝对加速度有较大影响,而阻尼对其影响会随着刚度比的增大而减小。     

筏体和基础弹性对设备冲击响应影响的有限元分析

带有限位器的浮筏隔振系统是非线性系统,利用ANSYS建立了这一非线性系统的有限元模型,计算了带有限位器的浮筏隔振系统模型的冲击响应,分析了筏体弹性、基础弹性和限位器参数对冲击响应的影响.计算结果表明筏体弹性和基础弹性对系统的冲击响应均有一定程度的影响,它们使得机组的最大加速度响应减小,筏体和机组的最大位移响应增大.对于刚性浮筏隔振系统和弹性浮筏隔振系统,限位器间隙与冲击响应之间的关系是相同的,即随着限位器间隙的减小,筏体和机组的最大加速度响应增大,而最大位移响应都减小.     

冲击理想化为速度阶跃的适用范围及其误差

为简化计算,一般当冲击力作用时间远小于隔离系统的固有周期时,我们可把冲击理想化为速度阶跃。这种近似处理方法会引起一定的误差,目前还只有无阻尼条件下的探讨。随着阻尼器件在冲击隔离中的应用越来越广泛,十分必要对有阻尼条件下冲击理想化为速度阶跃的条件及其误差进行分析。本文通过对具有代表性的半正弦和矩形冲击的计算和分析,发现在大阻尼比下,不宜把冲击理想化为速度阶跃。本文给出了速度阶跃处理方法的适用范围及其误差,并对影响误差的因素进行了探讨。     

多微通道式气体静压节流器阶跃响应特性的测试研究

针对采用外部激励法研究气体静压节流器的响应特性时存在实验设计复杂、动态参数难以计算等问题,设计新的阶跃响应测试来分析气体静压节流器的动静态特性。采用多微通道式气体静压节流器作为研究对象,设计测试方案对空载时的多微通道式气体静压节流器在垂直方向上的阶跃响应进行测量,通过时域分析法分析其性能参数。测试结果表明:多微通道式气体静压节流器-气膜系统为二阶系统,且阻尼振荡频率随着输入气压的增大而增大;根据节流器-气膜系统的动力学模型和阶跃响应函数,进一步得到气膜的阻尼系数和静刚度,且其阻尼系数和静刚度随输入气压的增大而增大。该阶跃响应测试方法能有效分析多微通道式气体静压节流器的固有频率、阻尼比等性能参数,对节流器结构的设计起指导作用。     

基座刚度对设备隔振器限位引起的二次冲击影响特性研究

隔振器作为舰用设备抗冲击的重要防护手段被广泛应用,而带有限位功能的隔振器在特定情况下所产生的二次冲击问题也是目前抗冲击设计所关注的主要问题之一。带有限位功能的隔振器可能会产生二次冲击效应,因此合理选择限位器刚度及设置限位位移,以确保冲击响应允许的条件下合理选择两种参数。同时,在研究设备抗冲击性能时是否考虑设备安装基座刚度,对设备抗冲击研究结果影响较大。以单自由度和双自由度无阻尼系统为研究对象,基于分段函数研究的方法,分析基座刚度对冲击响应的影响及不同限位器刚度及限位距离对冲击响应的影响,提供更为准确选择限位隔振器的依据。     

带限位器的浮筏隔振系统的冲击响应分析

研究带限位器浮筏隔振系统力学模型及在基础冲击激励下的响应,应用多刚体系统动力学理论,首先给出了带有限位器的浮筏隔振系统在局部坐标系下刚度矩阵表达式,然后在总体坐标系下建立了浮筏隔振系统的运动方程,采用纽马克直接积分法计算带限位器的浮筏隔振系统在基础冲击激励下的运动响应,并结合工算例进行讨论,得到了有意义的结论.     

碟簧螺栓连接系统冲击响应分析

通过理论计算与有限元模拟,对设置碟形弹簧螺栓连接结构受阶跃冲击载荷响应进行分析。对比设置与不设置碟形弹簧时螺栓峰值应力,揭示碟形弹簧刚度及系统阻尼对螺栓响应影响。结果表明：峰值应力与蝶形弹簧刚度及系统阻尼有关,设置碟形弹簧、减小蝶形弹簧刚度、增大系统阻尼均能降低螺栓峰值应力,且能迅速衰减冲击产生的振动。     

刚度分段线性系统隔振抗冲击优化设计研究

提出了可应用于非线性系统冲击计算的DDAM改进方法,建立了附加弹性限位器的动力系统隔振抗冲击等效线性模型,设计了隔振抗冲击的优化框图,利用有限元法及遗传算法优化设计得到了pareto最优解集,根据该最优解集可选择有利于工程应用的隔振抗冲击优化方案,由参数反演得到系统的优化设计参数。该设计思路可以在保持良好隔振效果的同时,提高舰艇设备的抗冲击性能,对舰艇隔振抗冲设计具有较好的参考价值。     

筏体和基础弹性对船舶设备冲击响应影响的试验分析

试验研究是船舶机械设备冲击隔离性能分析的主要方法之一。为了分析筏体弹性、基础弹性和限位器间隙对冲击响应的影响，设计制作了可以考虑筏体弹性和基础弹性的带有限位器的浮筏隔振系统试验模型。试验结果表明筏体弹性和基础弹性对系统的冲击响应均有一定程度的影响，它们使得机组的最大加速度响应减小，提高系统的抗冲击隔离效果。对于刚性浮筏隔振系统和弹性浮筏隔振系统，限位器与冲击响应之间的关系是相同的，即安装限位器之后将使得筏体和机组的加速度响应增大，随着限化器间隙的减小，筏体和机组的最大加速度响应进一步增大。     

基于实测扫频响应反推管路卡箍支承刚度及阻尼

为了建立管路系统动力学模型并分析其振动特性,需获取动载荷下卡箍支承刚度及阻尼等力学特性参数。该研究提出一种基于实测扫频响应的响应面法来反推上述参数的方法;提出了基于响应面反推管路卡箍支承刚度和阻尼的辨识算法;利用自编有限元创建了管体-卡箍系统的动力学模型,推导了管路系统振动响应;在利用响应面法的匹配计算中,进行了卡箍刚度及阻尼关于频率和对应响应的多项式拟合,并采用基本遗传算法进行了优化。在实例研究中,用提出的方法辨识出了所研究管路卡箍的具有频率依赖性的支承刚度和阻尼;将辨识值回代到分析模型中,通过比较预测的与实测的频域响应,共振频率及响应偏差均小于3%,证明了辨识结果的合理性。     

小型电子设备着陆缓冲气囊的优化设计

目的针对一种新型分离式飞行数据记录系统的着陆缓冲气囊外形进行优化设计。方法基于多岛遗传算法和近似建模法通过ISIGHT优化设计平台制定相应的优化流程,建立不同坠落姿态下气囊缓冲着陆过程的数学模型,并以电子设备过载为优化目标,对气囊的外形尺寸参数进行优选,从而得出相应的气囊外形设计方案。结果描述气囊缓冲着陆冲击过程的近似模型具有较高的可信度。基于近似模型的多岛遗传算法可提高在多初始坠落倾角下气囊外形尺寸的优化效率。相较于初始外形的气囊模型,经上述优化流程运算后得到的最优气囊模型在不同初始坠落倾角下的电子设备着陆冲击过载均有所下降。结论该研究的过程和方法对于开展轻小型设备缓冲气囊的设计和优化具有指导意义。     

水下发射装置非线性冲击响应分析及减振器参数优化

水下弹体连续发射时,会导致振动叠加问题,同时随着发射装置中剩余弹体数目减少和纵向减振器锁死,系统的质量、刚度发生突变,必需采用非线性方法进行冲击响应分析。将水下发射装置简化为多自由度非线性时变系统,根据牛顿第二定律建立了系统运动方程,其中系统质量、阻尼、刚度及外载荷矩阵均随时间变化,随后基于NewMark直接积分法求解了系统非线性冲击响应。最后给出数值算例,通过比较该方法和有限元建模得到的动力学响应,验证了该方法的准确性,并对系统冲击响应特性进行分析。在此基础上,提出了系统纵向减振器刚度、阻尼参数的优化方法,研究结果为发射装置减振器设计和参数优化提供高效分析手段,具有重要工程意义。     

基于代理模型的空投装备气囊缓冲系统多目标优化

基于有限元法和控制体积法建立装备-气囊系统有限元模型,并采用试验数据对模型进行验证。复杂气囊系统着陆缓冲过程仿真计算资源消耗大,难以应用传统迭代方法进行参数优化。为克服这些问题,结合扩展拉丁超立方设计,以最大着陆冲击加速度和最大翻转角度为响应,采用径向基函数构建代理模型。在代理模型基础上,利用多目标遗传算法对主气囊高度、横向宽度及排气孔面积等气囊缓冲系统参数进行了多目标优化。优化结果表明:优化后最大冲击加速度减小了15.5%,最大翻转角度减小了70.3%,缓冲性能与横向稳定性均有所提高。     

基于近似模型的空调配管阻尼层优化设计

空调配管系统的减振降噪是空调结构开发中的一个设计难点,是制约空调整体品质的一个关键参数。针对空调仿真优化设计中计算成本和计算精度之间的矛盾,本文将统计学中的近似模型技术应用到空调配管系统的阻尼优化。采用正交试验设计与均匀试验设计相结合的试验设计方法,建立了多项式响应面、Kriging最优内插、BP神经网络近似模型,研究了阻尼层位置、宽度等参数与结构响应频率、阻尼比之间的近似映射关系。最后采用多目标遗传算法分析了结构阻尼比与结构质量之间的Pareto曲线,并选择最优结果进行了试验验证。研究表明,采用近似模型的阻尼层优化方法可以有效地提高设计效率,降低成本,为空调系统的仿真提供了一种可行的方法。