浮動沖擊平臺沖擊動力特性研究.pdf

1、艦載設備具有較好的抗沖擊能力對艦船生命力有重要作用。各海軍強國為提高設備抗沖擊能力，都對關鍵設備進行沖擊試驗，同時制定了相應的設備抗沖擊標準。體積較小重量較輕的設備可在沖擊試驗機上進行，而大中型艦載設備則需在浮動沖擊平臺上進行試驗考核。我國在大中型艦載設備的考核規(guī)范及考核設施建設上與西方海軍強國還存在一定的差距，以海軍建設最為發(fā)達的美國為例，在設備抗沖擊考核規(guī)范上，有幾經修改完善比較成熟的軍標MIL-S-901D，同時有配合標準使用的輕

2、型、中型沖擊機和標準、中型、大型浮動沖擊平臺作為艦載設備的考核工具。相比而言，我國大中型艦載設備的考核規(guī)范可靠性及操作性不足，也沒有配套的考核工具，只是在個別部門有小型浮動沖擊平臺和最大考核重量為36t的標準浮動沖擊平臺，統(tǒng)一性及規(guī)范性不強。本文即是在此背景下，開展浮動沖擊平臺的沖擊動力特性研究，揭示浮動沖擊平臺考核設備的機理，分析浮動沖擊平臺的沖擊環(huán)境特性，為大中型浮動沖擊平臺的結構設計提供指導，尋求浮動沖擊平臺和實船沖擊環(huán)境的相似性

3、及對應關系，為我國大中型艦載設備抗沖擊考核規(guī)范及系統(tǒng)建設提供參考。
　　本文首先從艦載設備考核比較完善成熟的德軍標BV043/85和美軍標MIL-S-901D出發(fā)，分析其對設備抗沖擊要求及大中型艦載設備考核試驗實施流程，同時歸納整理國內外浮動沖擊平臺硬件建設及技術研究情況，總結應用浮動沖擊平臺考核艦載設備研究進展，提出我國在大中型艦載設備抗沖擊考核中尚需解決的科學和工程問題，從而為后續(xù)的研究工作奠定基礎。浮動沖擊平臺作為艦載設備的

4、考核工具，對其沖擊響應進行分析時主要有沖擊環(huán)境和自身結構強度兩大問題。針對沖擊環(huán)境問題，在對浮動沖擊平臺提供給設備的沖擊環(huán)境進行分析時就不可避免的要使用沖擊譜，因此根據現階段研究成果，對沖擊譜的原理及特性進行了深入系統(tǒng)研究，闡明沖擊譜的基本概念和物理原理，解釋對相對位移譜、相對速度譜和絕對加速度譜與偽速度譜之間的關系，分析沖擊譜與 Fourier譜的對應關系。根據主從系統(tǒng)的耦合理論對沖擊譜的譜跌現象進行解釋，分析沖擊譜的主要特性，服務于

5、浮動沖擊平臺和實船的沖擊環(huán)境研究。針對浮動沖擊平臺的自身結構強度問題，首先對浮動沖擊平臺在水下爆炸下的沖擊響應進行分析。根據考核規(guī)范中工況藥包的設定及沖擊波的傳播特性，計及沖擊波的水面截斷效應及平臺底部的局部空化現象，給出平臺在球面沖擊波作用的垂向剛體運動計算方法。通過數值仿真計算及相關試驗數據，驗證了計算模型的合理性及仿真計算的有效性，同時得出浮動沖擊平臺在水下爆炸下的沖擊響應主要為剛體運動，因此浮動沖擊平臺在保證沖擊環(huán)境輸出時，可增

6、大結構的強度及剛度，保證自身的結構強度滿足重復試驗要求。根據浮動沖擊平臺沖擊響應分析結果，結合美軍標 MIL-S-901D及德軍標BV043/85，參考美國中型浮動沖擊平臺結構形式，通過系統(tǒng)識別的方法對我國尚未投入建設的中型浮動沖擊平臺進行了結構設計。得到浮動沖擊平臺的沖擊響應后，根據MIL-S-901D規(guī)范中規(guī)定的浮動沖擊平臺考核設備工況，對美國標準浮動沖擊平臺和設計的中型浮動沖擊平臺模型的沖擊環(huán)境進行計算分析，并與德國BV043/8

7、5規(guī)范中設備考核要求的沖擊環(huán)境進行對比，分析MIL與BV規(guī)范對設備抗沖擊要求的異同。同時為滿足彈性安裝設備的頻率安裝要求，對美國MIL-S-901D中的甲板模擬器輔助裝置進行原理解讀，分析甲板模擬器和設備質量及安裝頻率對浮動沖擊平臺沖擊環(huán)境的影響，提出浮動沖擊平臺動態(tài)試驗仿真技術和浮動沖擊平臺試驗標定方法。為深入探討浮動沖擊平臺考核設備的機理，考慮了為滿足彈性安裝設備安裝頻率要求的甲板模擬器輔助結構，對浮動沖擊平臺及其被試設備的沖擊響應

8、進行理論及數值分析。同時基于基礎激勵的多自由度系統(tǒng)數學模型，建立可對艦載設備在水下爆炸沖擊環(huán)境下響應計算的多自由度理論分析方法，研究沖擊譜參數及激勵力頻率對不同重量不同類型艦載設備沖擊響應的影響，并通過數值仿真方法驗證了理論分析的合理性。為研究浮動沖擊平臺和實船沖擊環(huán)境的相似性及對應關系，首先對尺寸和規(guī)模與浮動沖擊平臺較為相近的艦船艙段沖擊響應及板架變形規(guī)律進行了試驗研究及理論分析，將復雜船體外殼等效為Taylor平板，基于本文提出的剛

9、體運動求解方法，探討了剛體運動對艦船總體響應的影響。同時將艦船艙段及浮動沖擊平臺沖擊響應及沖擊環(huán)境的異同進行對比，分析兩者差異。綜合前面分析結果，可以看出浮動沖擊平臺和實船在載荷輸入、自身結構形式和沖擊響應上均有一定的差異，從而導致兩者提供給艦載設備的沖擊環(huán)境也就有所不同。根據對不同排水量的艦船在水中爆炸沖擊波作用下的沖擊環(huán)境特點及低通濾波效應的研究結果，結合沖擊譜對設備沖擊響應影響特性，從統(tǒng)計學角度，對不同工況下浮動沖擊平臺與設備連接