基于ARMA模型的水下爆炸冲击谱预测

针对舰船设备抗冲击设计冲击环境预测难的问题,提出了利用自回归滑动平均模型（ARMA模型）预测水下爆炸冲击响应谱的方法,并引入遗传算法优化ARMA模型阶数。理论介绍了舰船设备水下爆炸冲击谱模型及ARMA模型。建模所需样本数据通过对有限元软件仿真输出的冲击响应信号进行去趋势化和平稳化处理获得,根据该样本数据的自相关函数和偏自相关函数统计特性分析,验证了ARMA建模的可行性。在此基础上,利用遗传算法优化后的ARMA模型,对水下爆炸冲击响应信号进行预测,并通过分析预测误差特性评估预测效果。研究结果表明,基于遗传算法优化的ARMA模型可以很好的预测水下爆炸冲击响应信号,从而为舰船设备抗冲击设计提供帮助。     

水下爆炸条件下不同装药对水面舰船冲击环境的影响试验研究

水下非接触爆炸产生的冲击往往会造成舰船设备的大范围破坏,从而影响舰船的生命力和战斗力。为此,对以船体结构动响应为输入条件的船用设备冲击环境的研究受到了各国海军的重视。其中,研究水下爆炸载荷与舰船冲击环境之间的联系对于舰船设备抗冲击设计以及提高水中兵器作战效能等都具有极其重要的意义。利用某型船的整体缩比模型进行水下非接触爆炸试验,通过自由场水下爆炸载荷和缩比模型冲击环境变化规律对比,得出了冲击环境主要参数与水下爆炸载荷之间的关系,试验结果具有参考价值。     

利用浮动冲击平台考核舰用设备抗冲击能力的数值仿真研究

大质量舰用设备一般利用浮动冲击平台进行抗冲击能力评估,但试验过程复杂,费时、费力且花费较多。近些年随着非线性有限元技术的发展,利用有限元法对浮动冲击平台试验仿真考核舰用设备抗冲击性能成为可能。针对浮动冲击平台上舰用设备抗冲击能力进行研究,利用有限元软件ABAQUS进行水下爆炸分析,考虑流固耦合效应,研究浮动冲击平台上的安装设备在不同爆炸距离和不同炸药深度下的冲击响应,为舰用设备特别是大质量设备的抗冲击能力的评估和大型浮动冲击平台的设计提供参考。     

舰艇冲击响应数据滤波频率选取方法分析

由于冲击响应数据具有较强烈的非线性与瞬态性,研究难度较大,目前在舰艇抗冲击技术研究领域还没有相应的标准规范或统一的滤波频率选取方法。本文利用冲击响应的冲量信息变化情况作为滤波频率选取依据,给出了具体的分析方法及判据。并应用该方法分别分析了舰艇船体结构与设备的冲击响应数据滤波频率,结论如下：不同爆距,船体结构同一部位,冲击响应数据的滤波频率取值相同;不同爆距,舰艇同一设备相同部位,冲击响应数据的滤波频率取值不同。     

船用齿轮箱系统抗冲击特性数值仿真

研究了船用齿轮箱系统抗冲击特性的分析方法。采用静力学、非线性接触有限元法计算某大型船用齿轮箱箱体、轮齿正常工况的等效静应力,在NX.NASTRAN的结果文件中提取各应力分量。建立齿轮箱系统的箱体-轴承-轴-齿轮耦合有限元模型,用DDAM法计算其在水下爆炸冲击产生的动应力。应用弹塑性力学知识,将相应单元的静、动应力的分量按照MISES准则重新合成,引入无量纲强度剩余系数,评估该齿轮箱系统的抗冲击性能。采用衰减正弦基波组合的时间历程对冲击谱进行匹配,模拟水下爆炸环境,用模态加速度法,得到齿轮箱系统的加速度瞬态响应特性。研究结果为船用齿轮箱的抗冲击性能评估提供了理论基础,同时为抗冲击设计及冲击隔离提供数据支撑。     

一种采用TiNi合金柱壳的抗冲击装置设计

利用TiNi形状记忆合金材料及橡胶高聚物,组合设计了适用于潜艇平台的可反复使用的抗冲击装置,并对其在不同冲击脉宽和峰值作用下的抗冲击特性进行了数值研究,结果表明该抗冲击装置对冲击加速度的衰减高于95%,可以对100kg左右的机电设备提供有效的抗冲击防护.将该装置与传统的线性弹簧抗冲击系统进行了比较,其相对变形量及加速度响应均小于线性抗冲击系统,更为重要的是,变形过程中的能量滞回能够有效的衰减振动能量,使振动幅值迅速减小.     

船用典型动力设备抗冲击性能评估研究

介绍了舰船设备抗冲击计算的动态设计计算法(DDAM)和时域模拟法,根据舰船动力机组各组成设备的结构特点,分别采用DDAM方法和时域加载法在频域和时域上对其进行抗冲击计算分析.计算分析结果表明,不同设备对冲击载荷的响应与设备本身的结构特点有关,且与冲击加载方向有很大关系.对于主汽轮机组和主减速齿轮装置,由于各个构件之间存在连接关系,螺栓、销钉及其连接结构的动态响应更为敏感.所得分析结论可以对开展舰船设备抗冲击计算分析以及新型舰船设备的抗冲击设计提供一定的参考.     

金属橡胶隔振器抗冲击性能研究

对金属橡胶隔振器的冲击性能进行了理论和实验研究。借助于金属橡胶构件的加载曲线和迟滞回线,研究了具有非线性干摩擦阻尼隔冲系统在短冲击和长冲击时的最大响应的计算方法,并借助于Matlab实现了最大冲击响应的逐步积分计算。通过实验研究了构件结构形状和参数、负载质量、冲击加速度等对金属橡胶构件抗冲击性能的影响,对理论方法进行了验证,为工程实践提供了依据。     

瓦斯爆炸冲击作用下新型复合结构防护外壳的动态响应

为了降低和防止瓦斯爆炸冲击波对矿难救生系统的破坏,提高防爆抗冲击能力,提出新型复合结构防护外壳。运用有限元数值分析方法,对新型复合结构防护外壳在瓦斯爆炸冲击波作用下的动态响应进行研讨。分析冲击波作用下新型防护外壳的变形、应力和应变,并与单层防护外壳的动态响应进行了对比。结果表明: 采用中间柔性材料缓冲层的新型复合防护结构,能够延缓瓦斯爆炸冲击波对矿难救生系统的冲击作用,保护系统内部模块不受严重破坏,制造工艺简单且成本低。运用数值分析的方法,可以为救生系统设计建立一个仿真的实验环境,为优化救生系统设计、提高设计效率提供参考数据。     

网壳结构冲击响应分析方法及抗冲击特性研究

在明确网壳结构冲击响应关键问题的基础上,提出了实用有效的网壳结构冲击响应分析方法,包括网壳结构冲击响应的特征指标（荷载作用与特征响应）、冲击响应的分析流程与计算模型三部分。并应用此方法对典型网壳（Kiewitt-8型单层球面网壳）的冲击响应特性进行研究,分析了荷载作用特点、主要节点的速度与位移变化规律、主要杆件的应力变化规律及网壳结构的能量变化特征;结果表明网壳的荷载作用是短时超强的半正弦脉冲;响应特点是在冲击瞬间冲击区局部响应骤增,并逐渐向支座方向传播,从冲击区到支座,结构局部响应依次达到极值,此外,冲击区破坏将导致速度与能量时程曲线突变。上述成果为网壳结构抗冲击研究奠定了基础,也为其他大型结构抗冲击研究提供借鉴。     

舰艇水下爆炸冲击信号拟合及应用

舰载设备在进行抗水下爆炸冲击设计时首先需要确定基础冲击时域信号作为输入载荷。相关标准规范给出的设计冲击谱不能反映实船水下爆炸冲击信号的动态特性。而实船试验测试数据又不具备标准性。为获取舰载设备仿真校核评估的冲击输入载荷,提出一种舰艇水下爆炸冲击信号拟合方法。根据标准设计冲击谱,通过傅里叶变换对实测信号进行修正。采用这种方法得到的冲击信号同时包含了设备安装部位的冲击特性和标准设计谱的冲击量值,能够更准确地反映舰载设备在特定安装部位处的标准冲击环境。     

舰用柴油机抗冲击性能频域分析

舰用设备抗冲击性能的频域分析是一种常用的工程评估方法。建立了某型柴油机的有限元模型,通过主要部件的模态试验进行了修正。根据国军标GJB1060.1-91的规定,基于DDAM方法确定了计算模型的冲击输入,并对柴油机模型在三向冲击输入下的冲击响应进行了分析。结果表明,柴油机抗冲击性能的频域分析是一种有效的评估方法,通过评估,本文的柴油机模型符合国军标的要求。     

应用DDAM进行船舶浮筏隔振装置抗冲击计算

研究舰船设备冲击设计分析方法,对美国海军动力学设计分析方法(DDAM)进行了详细介绍。分别按照美国海军NAVSEA 0908-LP-000-3010,Rev.1和GJB1060.1-91的要求对船舶浮筏隔振装置进行了冲击设计分析,计算表明修订后的DDAM计算结果更准确。计算分析方法可用于海军舰船设备的冲击设计分析,计算应按照美国海军NAVSEA 0908-LP-000-3010,Rev.1要求的模态选择标准进行。     

设备冲击极限载荷及分析实例

船用设备抗冲击能力用冲击极限载荷来衡量,可应用于设备以及隔振系统的选型和设计,是船舶抗冲击研究的重要内容之一。设备冲击极限载荷是设备本身的固有特性,利用冲击输入的加速度或冲击谱来表征。船用柴油机的冲击失效判别准则有应力超限、应变超限、位移超限、连接结构失效等。TBD234V6柴油机冲击响应仿真分析表明在BV043/1985规定的冲击载荷下,停机状态时应力指标超限,零部件之间变形指标达到1～2 mm,需要在装配零部件时保证不会引起干涉,曲轴变形指标表明油膜被破坏,因此,该型柴油机必须加装隔冲装置。机脚螺纹连接冲击响应线性计算表明,螺纹连接产生分离。     

舰艇发射装置冲击输入设计方法研究

为提高舰艇发射装置抗冲击性能,分别采用静G法、动态设计分析方法和时域模拟法对其进行冲击响应计算。结果表明,静态G法和动态设计分析方法对应的冲击环境较弱,而时域模拟法可以提供更加严酷的冲击环境,对舰艇发射装置进行详细的冲击响应计算时有必要采用时域模拟法。在同一冲击载荷作用下,结构响应特性以横向响应为主,横向抗冲击设计不可忽视。所得结论对舰艇设备进行抗冲击设计有一定参考价值。     

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。     

舰艇电气设备中簧片式触点开关冲击响应分析

簧片式触点开关广泛应用于舰艇的电气设备中。舰艇受到爆炸冲击时,簧片式触点开关易发生断路或簧片产生塑性变形,影响设备的可靠性,危害舰艇的安全。为了校核簧片式触点开关的抗冲击能力,首先对处于闭合状态的簧片式触点开关进行接触模态分析,然后对其施加多种典型冲击载荷并采用Bathe复合积分法开展计算,最后通过提取动、静触头之间的接触力来判断簧片式触点开关是否发生断路,同时观察簧片根部在冲击载荷下是否发生塑性变形。研究发现：动、静触头之间的接触力在冲击载荷作用时波动剧烈,而在自由振动时则呈现出明显的周期性,且振动频率接近一阶固有频率;在幅值相同的情况下,高频冲击载荷更容易诱发剧烈的接触颤振而断路,低频冲击载荷会使簧片根部的应力较大而塑性变形。讨论了负波延迟对冲击响应的影响,提出了改善簧片式触点开关抗冲击能力的措施。     

Application of a coupled Eulerian–Lagrangian method to simulate interactions between deformable composite structures and compressible multiphase flow

Interactions between deformable composite structures and compressible multiphase flow are common for many marine/submarine problems. Recently, there has been an increased interest in the application of composite structures in marine industry (e.g. propulsion system, ship hulls, marine platforms, marine turbines, etc) to take advantage their high stiffness to weight and strength to weight ratios, and high impact/shock resistance characteristics. It is therefore important to evaluate the performance of composite structures subject to dynamic loads. In this paper, a coupled Eulerian–Lagrangian numerical method is proposed to model the two‐dimensional (2D) or axisymmetric response of deformable composite structures subject to shock and blast loads. The method couples an Eulerian compressible multiphase fluid solver with a general Lagrangian solid solver using an interface capturing method, and is validated using analytical, numerical, and experimental results. A 2D case study is shown for an underwater explosion beneath a three‐layered composite structure with clamped ends. The importance of 2D fluid–structure interaction effects on the transient response between composite structures and compressible multiphase flow is discussed. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.