彈性浮筏系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模方法和沖擊控制研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步，艦艇及艦艇機(jī)電設(shè)備面臨著日益惡劣的沖擊環(huán)境，這樣的沖擊環(huán)境對(duì)于艦艇的生命力造成了極大威脅，提高艦艇及艦船機(jī)電設(shè)備抗沖擊保護(hù)能力已經(jīng)成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。在艦船上裝備抗沖隔振系統(tǒng)是減小艦載設(shè)備所受沖擊，保證艦載設(shè)備正常工作的有效手段，浮筏系統(tǒng)是一種集質(zhì)量，彈簧，阻尼和彈性連續(xù)體為一體的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，具有良好的抗沖隔振性能，是一類重要的艦載設(shè)備隔振系統(tǒng)，因此，浮筏系統(tǒng)建模理論及優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題已經(jīng)成為艦船抗沖

2、擊研究的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的浮筏系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模方法，包括多剛體動(dòng)力學(xué)建模方法、有限元建模分析方法等。這些方法成熟，簡(jiǎn)便，但常常存在一定的局限性，在特定的應(yīng)用背景和適用范圍下，這些方法可以滿足工程上要求。但是隨著新型浮筏系統(tǒng)朝著大型、空間、寬頻、復(fù)雜的方向發(fā)展，這些單一建模方法的局限性日益顯現(xiàn)，如多剛體動(dòng)力學(xué)建模方法，是一種成熟的浮筏系統(tǒng)建模方法，但存在著忽略系統(tǒng)彈性變形的不足；有限元方法是一種功能強(qiáng)大的方法，適應(yīng)性強(qiáng)，并且考慮

3、了系統(tǒng)的彈性變形，但完全是數(shù)值方法，很難實(shí)現(xiàn)浮筏系統(tǒng)的最優(yōu)控制和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。正是因?yàn)閱我坏母》は到y(tǒng)經(jīng)典建模方法存在著一定局限性，本文提出了一種新的浮筏系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模方法。本文以沖擊環(huán)境下彈性浮筏系統(tǒng)為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用了多體動(dòng)力學(xué)理論、()動(dòng)力學(xué)理論、動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法、有限元方法，系統(tǒng)地建立了復(fù)雜彈性浮筏系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，同時(shí)對(duì)彈性浮筏系統(tǒng)在沖擊環(huán)境下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)及動(dòng)力學(xué)特性也進(jìn)行了研究。并且，本文已建立的復(fù)雜彈性浮筏系統(tǒng)

4、動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，首次以理想最優(yōu)控制理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的準(zhǔn)最優(yōu)控制方法(ECPM)為手段，研究了復(fù)雜彈性浮筏系統(tǒng)沖擊控制方法，并對(duì)隔振器最優(yōu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討。首先，本文闡述了彈性浮筏系統(tǒng)建?；A(chǔ)，考慮筏體可以作為彈性板假設(shè)的簡(jiǎn)單彈性浮筏系統(tǒng)，采用完全解析的方法建立了該彈性浮筏系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。推導(dǎo)出沖擊作用下系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。并通過(guò)算例，求出了浮筏系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)固有特性和在不同沖擊環(huán)境下的響應(yīng)，分析了筏體彈性變形對(duì)系

5、統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的影響。在此基礎(chǔ)上，建立了彈性浮筏系統(tǒng)的完整動(dòng)力學(xué)模型。采用子結(jié)構(gòu)的方法對(duì)彈性浮筏系統(tǒng)進(jìn)行分解，將其分解為若干剛體和一個(gè)彈性結(jié)構(gòu)組成的系統(tǒng)，綜合應(yīng)用動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)建模理論、多體動(dòng)力學(xué)建模理論、有限元方法，建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，后推導(dǎo)出彈性浮筏系統(tǒng)的完整動(dòng)力學(xué)方程。接著針對(duì)具體的工程問(wèn)題，考慮簡(jiǎn)化模型和完整模型兩種不同情況，研究了空壓機(jī)浮筏隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模和在沖擊作用下動(dòng)力學(xué)響應(yīng)問(wèn)題，推導(dǎo)出空壓機(jī)浮筏系統(tǒng)的簡(jiǎn)化

6、及完整動(dòng)力學(xué)方程，并求出了系統(tǒng)振動(dòng)的固有頻率和在不同工況下對(duì)沖擊荷載的響應(yīng)。最后，將隨機(jī)最優(yōu)控制方法探索性地用于彈性浮筏系統(tǒng)的沖擊控制和隔振器參數(shù)優(yōu)化研究。在本文建議的彈性浮筏系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上，以沖擊作用下隨機(jī)彈性浮筏系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)復(fù)雜剛彈耦合隨機(jī)非自治動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)最優(yōu)控制方法和最優(yōu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討，對(duì)控制系統(tǒng)在不同優(yōu)化理論下的沖擊控制效果進(jìn)行了比較分析，闡明彈性浮筏系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性和沖擊控制機(jī)理，分析結(jié)

7、果期望用于指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。本課題緊密圍繞艦船浮筏系統(tǒng)中提出的亟待解決的力學(xué)問(wèn)題展開(kāi)，采取理論推導(dǎo)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的研究方法。實(shí)例分析指出，該方法除了進(jìn)行精確的理論推導(dǎo)外，當(dāng)完全解析分析有困難時(shí)，采用滿足工程應(yīng)用精度要求的半解析半數(shù)值的方法是可行的。采用大型的有限元軟件進(jìn)行分析比較后，指出本文建議的建模方法的精度可滿足要求，此外，該方法還能發(fā)展應(yīng)用于浮筏系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)。本文研究結(jié)果將豐富浮筏系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)學(xué)科的內(nèi)容，并對(duì)工程應(yīng)用也有一