浮動(dòng)沖擊平臺(tái)沖擊動(dòng)力特性研究.pdf

1、艦載設(shè)備具有較好的抗沖擊能力對(duì)艦船生命力有重要作用。各海軍強(qiáng)國為提高設(shè)備抗沖擊能力，都對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，同時(shí)制定了相應(yīng)的設(shè)備抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)。體積較小重量較輕的設(shè)備可在沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，而大中型艦載設(shè)備則需在浮動(dòng)沖擊平臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)考核。我國在大中型艦載設(shè)備的考核規(guī)范及考核設(shè)施建設(shè)上與西方海軍強(qiáng)國還存在一定的差距，以海軍建設(shè)最為發(fā)達(dá)的美國為例，在設(shè)備抗沖擊考核規(guī)范上，有幾經(jīng)修改完善比較成熟的軍標(biāo)MIL-S-901D，同時(shí)有配合標(biāo)準(zhǔn)使用的輕

2、型、中型沖擊機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)、中型、大型浮動(dòng)沖擊平臺(tái)作為艦載設(shè)備的考核工具。相比而言，我國大中型艦載設(shè)備的考核規(guī)范可靠性及操作性不足，也沒有配套的考核工具，只是在個(gè)別部門有小型浮動(dòng)沖擊平臺(tái)和最大考核重量為36t的標(biāo)準(zhǔn)浮動(dòng)沖擊平臺(tái)，統(tǒng)一性及規(guī)范性不強(qiáng)。本文即是在此背景下，開展浮動(dòng)沖擊平臺(tái)的沖擊動(dòng)力特性研究，揭示浮動(dòng)沖擊平臺(tái)考核設(shè)備的機(jī)理，分析浮動(dòng)沖擊平臺(tái)的沖擊環(huán)境特性，為大中型浮動(dòng)沖擊平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，尋求浮動(dòng)沖擊平臺(tái)和實(shí)船沖擊環(huán)境的相似性

3、及對(duì)應(yīng)關(guān)系，為我國大中型艦載設(shè)備抗沖擊考核規(guī)范及系統(tǒng)建設(shè)提供參考。
　　本文首先從艦載設(shè)備考核比較完善成熟的德軍標(biāo)BV043/85和美軍標(biāo)MIL-S-901D出發(fā)，分析其對(duì)設(shè)備抗沖擊要求及大中型艦載設(shè)備考核試驗(yàn)實(shí)施流程，同時(shí)歸納整理國內(nèi)外浮動(dòng)沖擊平臺(tái)硬件建設(shè)及技術(shù)研究情況，總結(jié)應(yīng)用浮動(dòng)沖擊平臺(tái)考核艦載設(shè)備研究進(jìn)展，提出我國在大中型艦載設(shè)備抗沖擊考核中尚需解決的科學(xué)和工程問題，從而為后續(xù)的研究工作奠定基礎(chǔ)。浮動(dòng)沖擊平臺(tái)作為艦載設(shè)備的

4、考核工具，對(duì)其沖擊響應(yīng)進(jìn)行分析時(shí)主要有沖擊環(huán)境和自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度兩大問題。針對(duì)沖擊環(huán)境問題，在對(duì)浮動(dòng)沖擊平臺(tái)提供給設(shè)備的沖擊環(huán)境進(jìn)行分析時(shí)就不可避免的要使用沖擊譜，因此根據(jù)現(xiàn)階段研究成果，對(duì)沖擊譜的原理及特性進(jìn)行了深入系統(tǒng)研究，闡明沖擊譜的基本概念和物理原理，解釋對(duì)相對(duì)位移譜、相對(duì)速度譜和絕對(duì)加速度譜與偽速度譜之間的關(guān)系，分析沖擊譜與 Fourier譜的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)主從系統(tǒng)的耦合理論對(duì)沖擊譜的譜跌現(xiàn)象進(jìn)行解釋，分析沖擊譜的主要特性，服務(wù)于

5、浮動(dòng)沖擊平臺(tái)和實(shí)船的沖擊環(huán)境研究。針對(duì)浮動(dòng)沖擊平臺(tái)的自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題，首先對(duì)浮動(dòng)沖擊平臺(tái)在水下爆炸下的沖擊響應(yīng)進(jìn)行分析。根據(jù)考核規(guī)范中工況藥包的設(shè)定及沖擊波的傳播特性，計(jì)及沖擊波的水面截?cái)嘈?yīng)及平臺(tái)底部的局部空化現(xiàn)象，給出平臺(tái)在球面沖擊波作用的垂向剛體運(yùn)動(dòng)計(jì)算方法。通過數(shù)值仿真計(jì)算及相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了計(jì)算模型的合理性及仿真計(jì)算的有效性，同時(shí)得出浮動(dòng)沖擊平臺(tái)在水下爆炸下的沖擊響應(yīng)主要為剛體運(yùn)動(dòng)，因此浮動(dòng)沖擊平臺(tái)在保證沖擊環(huán)境輸出時(shí)，可增

6、大結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及剛度，保證自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足重復(fù)試驗(yàn)要求。根據(jù)浮動(dòng)沖擊平臺(tái)沖擊響應(yīng)分析結(jié)果，結(jié)合美軍標(biāo) MIL-S-901D及德軍標(biāo)BV043/85，參考美國中型浮動(dòng)沖擊平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式，通過系統(tǒng)識(shí)別的方法對(duì)我國尚未投入建設(shè)的中型浮動(dòng)沖擊平臺(tái)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。得到浮動(dòng)沖擊平臺(tái)的沖擊響應(yīng)后，根據(jù)MIL-S-901D規(guī)范中規(guī)定的浮動(dòng)沖擊平臺(tái)考核設(shè)備工況，對(duì)美國標(biāo)準(zhǔn)浮動(dòng)沖擊平臺(tái)和設(shè)計(jì)的中型浮動(dòng)沖擊平臺(tái)模型的沖擊環(huán)境進(jìn)行計(jì)算分析，并與德國BV043/8

7、5規(guī)范中設(shè)備考核要求的沖擊環(huán)境進(jìn)行對(duì)比，分析MIL與BV規(guī)范對(duì)設(shè)備抗沖擊要求的異同。同時(shí)為滿足彈性安裝設(shè)備的頻率安裝要求，對(duì)美國MIL-S-901D中的甲板模擬器輔助裝置進(jìn)行原理解讀，分析甲板模擬器和設(shè)備質(zhì)量及安裝頻率對(duì)浮動(dòng)沖擊平臺(tái)沖擊環(huán)境的影響，提出浮動(dòng)沖擊平臺(tái)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)仿真技術(shù)和浮動(dòng)沖擊平臺(tái)試驗(yàn)標(biāo)定方法。為深入探討浮動(dòng)沖擊平臺(tái)考核設(shè)備的機(jī)理，考慮了為滿足彈性安裝設(shè)備安裝頻率要求的甲板模擬器輔助結(jié)構(gòu)，對(duì)浮動(dòng)沖擊平臺(tái)及其被試設(shè)備的沖擊響應(yīng)

8、進(jìn)行理論及數(shù)值分析。同時(shí)基于基礎(chǔ)激勵(lì)的多自由度系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，建立可對(duì)艦載設(shè)備在水下爆炸沖擊環(huán)境下響應(yīng)計(jì)算的多自由度理論分析方法，研究沖擊譜參數(shù)及激勵(lì)力頻率對(duì)不同重量不同類型艦載設(shè)備沖擊響應(yīng)的影響，并通過數(shù)值仿真方法驗(yàn)證了理論分析的合理性。為研究浮動(dòng)沖擊平臺(tái)和實(shí)船沖擊環(huán)境的相似性及對(duì)應(yīng)關(guān)系，首先對(duì)尺寸和規(guī)模與浮動(dòng)沖擊平臺(tái)較為相近的艦船艙段沖擊響應(yīng)及板架變形規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究及理論分析，將復(fù)雜船體外殼等效為Taylor平板，基于本文提出的剛

9、體運(yùn)動(dòng)求解方法，探討了剛體運(yùn)動(dòng)對(duì)艦船總體響應(yīng)的影響。同時(shí)將艦船艙段及浮動(dòng)沖擊平臺(tái)沖擊響應(yīng)及沖擊環(huán)境的異同進(jìn)行對(duì)比，分析兩者差異。綜合前面分析結(jié)果，可以看出浮動(dòng)沖擊平臺(tái)和實(shí)船在載荷輸入、自身結(jié)構(gòu)形式和沖擊響應(yīng)上均有一定的差異，從而導(dǎo)致兩者提供給艦載設(shè)備的沖擊環(huán)境也就有所不同。根據(jù)對(duì)不同排水量的艦船在水中爆炸沖擊波作用下的沖擊環(huán)境特點(diǎn)及低通濾波效應(yīng)的研究結(jié)果，結(jié)合沖擊譜對(duì)設(shè)備沖擊響應(yīng)影響特性，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度，對(duì)不同工況下浮動(dòng)沖擊平臺(tái)與設(shè)備連接