帶限位器的艦船設(shè)備隔離系統(tǒng)沖擊響應(yīng)研究.pdf

1、艦船機(jī)械設(shè)備沖擊隔離技術(shù)分析研究是一個(gè)較為復(fù)雜的綜合性問題，特別是安裝限位器之后，使得隔離系統(tǒng)不能作為線性系統(tǒng)來處理，因而在沖擊響應(yīng)計(jì)算時(shí)就不能直接采用模態(tài)疊加法和基于機(jī)械振動(dòng)模態(tài)理論和響應(yīng)譜的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法(DDAM)，需要探索新的計(jì)算方法，這是本論文的基本出發(fā)點(diǎn)?；A(chǔ)和筏體的彈性對(duì)沖擊隔離系統(tǒng)的隔離效果的影響分析，也是本文的主要研究內(nèi)容。限位器參數(shù)對(duì)隔離系統(tǒng)沖擊響應(yīng)的影響分析和限位器參數(shù)優(yōu)化計(jì)算則是本文的另一主要研究內(nèi)容。

2、 根據(jù)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“單向約束動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模和算法研究”和海軍裝備部“十五”預(yù)研課題“潛艇抗沖擊技術(shù)”的需要，論文從理論和試驗(yàn)兩方面對(duì)帶限位器的沖擊隔離系統(tǒng)的響應(yīng)及其影響因素進(jìn)行了較為深入的研究。論文主要完成了以下幾個(gè)方面的工作： 1.論文總結(jié)了有關(guān)艦船機(jī)械設(shè)備沖擊隔離技術(shù)分析研究的大量文獻(xiàn)，對(duì)它的研究背景和研究意義、國內(nèi)外在理論分析方法和試驗(yàn)研究方面的現(xiàn)狀、已有的研究成果及其存在的問題給予了較為全面的論述，同時(shí)對(duì)浮筏隔

3、振系統(tǒng)及其特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析。在此基礎(chǔ)上對(duì)帶有限位器的單層隔離系統(tǒng)和浮筏隔振系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)進(jìn)行了更深入的研究。 2.把偽力法引入到帶有限位器的單層隔離系統(tǒng)和浮筏隔振系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)計(jì)算之中。建立了帶有限位器的單層隔振系統(tǒng)和浮筏隔振系統(tǒng)計(jì)算模型，用偽力法計(jì)算沖擊響應(yīng)，并與沖擊試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明采用偽力法計(jì)算帶限位器的單層隔離系統(tǒng)和浮筏隔振系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)是可行的。進(jìn)一步利用偽力法計(jì)算分析了限位器間隙和剛度對(duì)系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)的影響

4、。 3.增量模態(tài)疊加法的主要優(yōu)點(diǎn)是頻率和振型是不斷變化的以適應(yīng)系統(tǒng)的瞬態(tài)動(dòng)力特性。論文將增量模態(tài)疊加法推廣應(yīng)用于帶有限位器的單層和多層隔振系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)計(jì)算之中。計(jì)算結(jié)果與沖擊試驗(yàn)結(jié)果及偽力法的計(jì)算結(jié)果基本一致，說明采用增量模態(tài)疊加法計(jì)算浮筏隔離系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)也是可行的。論文利用增量模態(tài)疊加法計(jì)算分析了限位器安裝位置及其參數(shù)對(duì)沖擊響應(yīng)的影響，為進(jìn)行沖擊隔離系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 4.建立了剛性筏體剛性基礎(chǔ)系統(tǒng)、彈性筏

5、體剛性基礎(chǔ)系統(tǒng)、剛性筏體彈性基礎(chǔ)系統(tǒng)及彈性筏體彈性基礎(chǔ)系統(tǒng)四種有限元計(jì)算模型。計(jì)算分析了筏體和基礎(chǔ)的彈性對(duì)系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明，彈性筏體和彈性基礎(chǔ)均有利于基礎(chǔ)加速度沖擊的隔離，但將使得筏體和機(jī)組的最大位移響應(yīng)增大，同時(shí)彈性筏體會(huì)使得筏體中心最大加速度響應(yīng)增大。對(duì)于四種浮筏隔振系統(tǒng)，限位器間隙與沖擊響應(yīng)之間的關(guān)系是相同的，即隨著限位器間隙的減小，筏體和機(jī)組的最大加速度響應(yīng)增大，而最大位移響應(yīng)都減小。 5.沖擊隔離系統(tǒng)

6、限位器參數(shù)的優(yōu)化計(jì)算問題是一個(gè)一般的有約束的非線性優(yōu)化問題，也是一種最困難的最優(yōu)化問題。利用偽并行遺傳算法的思想，同時(shí)對(duì)基本遺傳算法進(jìn)行改造，提出一種偽并行改進(jìn)遺傳算法(PPIGA)，將其用于沖擊隔離系統(tǒng)限位器參數(shù)的優(yōu)化計(jì)算。首先利用一個(gè)典型測試函數(shù)：Ackley函數(shù)，對(duì)提出的偽并行改進(jìn)遺傳算法進(jìn)行測試，證明該算法能消除早熟現(xiàn)象，并以較小的種群規(guī)模搜索到全局最優(yōu)解。其次建立了與試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵恢碌膯螌痈綦x系統(tǒng)限位器參數(shù)優(yōu)化計(jì)算模型，優(yōu)化目標(biāo)是

7、在基礎(chǔ)受到一定的加速度激勵(lì)下使得機(jī)組垂向最大位移響應(yīng)最小，約束條件是限制機(jī)組的垂向加速度的最大值小于一個(gè)給定的值。計(jì)算結(jié)果表明，通過優(yōu)化計(jì)算得到的限位器最優(yōu)參數(shù)能夠滿足約束條件并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)。最后建立了與試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵恢碌母》じ粽裣到y(tǒng)限位器參數(shù)優(yōu)化計(jì)算模型，這是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題，優(yōu)化目標(biāo)是在基礎(chǔ)受到一定的加速度激勵(lì)下使得兩個(gè)機(jī)組的垂向最大位移響應(yīng)都盡可能小。約束條件是限制各機(jī)組的垂向加速度的最大值分別小于一定值，各機(jī)組與筏體之間的最大相對(duì)

8、位移也被約束在一定的范圍內(nèi)。計(jì)算結(jié)果表明，通過優(yōu)化計(jì)算得到的限位器最優(yōu)參數(shù)同樣能夠滿足約束條件并實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化。將增量模態(tài)疊加法和偽并行改進(jìn)遺傳算法結(jié)合在一起，解決了沖擊隔離系統(tǒng)限位器參數(shù)的優(yōu)化計(jì)算問題，這對(duì)于沖擊隔離系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際意義。 6.采用增量模態(tài)疊加法對(duì)MTU20V956型柴油機(jī)組雙層隔振系統(tǒng)在垂向、橫向和縱向激勵(lì)作用下的響應(yīng)，以及三個(gè)方向同時(shí)激勵(lì)下的沖擊響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算，得到了在不安裝限位器、安裝彈性限位

9、器和剛性限位器等不同情況下的中間基座與柴油機(jī)在各方向上的位移沖擊響應(yīng)和加速度沖擊響應(yīng)。計(jì)算得到的結(jié)果較為合理，與MTU報(bào)告中給出的計(jì)算結(jié)果基本一致，表明該方法能夠用于工程實(shí)例的計(jì)算。這為設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)帶限位器的多層隔振系統(tǒng)提供了有實(shí)用價(jià)值的方法。 7.對(duì)帶限位器的單層隔離系統(tǒng)和浮筏隔振系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)制作了兩種單層隔振系統(tǒng)模型和四種浮筏隔振系統(tǒng)模型，在沖擊試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了模型試驗(yàn)。驗(yàn)證了偽力法和增量模態(tài)疊加法的計(jì)算結(jié)果，表明這