艦艇管線隔振與舷側(cè)蜂窩防護結(jié)構(gòu)設(shè)計方法.pdf

1、艦艇是維護國家海洋權(quán)力及安全的重要武器裝備。提高艦艇作戰(zhàn)性能和生存能力涉及到艦艇內(nèi)、外兩方面因素:其中,管線系統(tǒng)隔振支座布局能夠顯著影響艦艇內(nèi)部動力機械設(shè)備產(chǎn)生的振動響應(yīng)及噪聲傳遞過程,進而影響艦艇隱身性能;另外,舷側(cè)防護結(jié)構(gòu)能夠有效降低外部彈體攻擊對艦艇所造成的危害,對維持艦艇生命力具有重要作用。本文對管線系統(tǒng)隔振支座布局優(yōu)化設(shè)計及新型宏觀負泊松比蜂窩夾芯舷側(cè)防護結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法進行了研究,以期提高艦艇隱身性能及生命力。
　　首先

2、,本文綜合考慮強度、剛度、穩(wěn)定性、固有頻率及振級落差等約束條件,提出了三種管線系統(tǒng)支座布局優(yōu)化設(shè)計模型及方法:1)管線隔振支座布局優(yōu)化規(guī)范設(shè)計方法;2)管線隔振支座布局幾何優(yōu)化設(shè)計方法;3)管線隔振支座布局優(yōu)化拓撲基結(jié)構(gòu)法。規(guī)范設(shè)計方法根據(jù) ASME B31規(guī)范初步確定支座的數(shù)量,通過幾何優(yōu)化設(shè)計支座的間距。幾何優(yōu)化設(shè)計方法假定支座總數(shù)目,通過確定各支座的幾何位置坐標實現(xiàn)布局優(yōu)化。提出迭代優(yōu)化算法求解了上述問題,該迭代算法依據(jù)約束條件的

3、滿足情況及步長臨界間距值來確定支座數(shù)量的減少與增加,最終得到較優(yōu)的支座數(shù)目及間距。拓撲基結(jié)構(gòu)法在管線長度方向密集布置一定數(shù)量隔振支座,即拓撲基結(jié)構(gòu)。該模型屬于0-1整數(shù)規(guī)劃問題,本文通過將拓撲設(shè)計變量取為支座結(jié)構(gòu)幾何尺寸或者材料彈性模量的方式,將設(shè)計變量連續(xù)化,簡化問題描述,以適應(yīng)更多的優(yōu)化算法。通過算例,研究了不同優(yōu)化目標函數(shù),如支座造價、管線最大下垂或結(jié)構(gòu)應(yīng)變能等,對優(yōu)化結(jié)果的影響,證明了有關(guān)模型與算法的有效性和實用性。
　　

4、其次,針對常規(guī)舷側(cè)防護結(jié)構(gòu)依賴高性能材料及結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計來提高抗沖擊能力,本文提出并設(shè)計了一種具有宏觀負泊松比特性的新型蜂窩夾芯舷側(cè)防護結(jié)構(gòu)。通過對蜂窩胞元特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計,實現(xiàn)舷側(cè)防護結(jié)構(gòu)優(yōu)異抗沖擊性能。利用有限元動力學(xué)分析軟件LS-DYNA,通過數(shù)值模擬亞音速反艦導(dǎo)彈對舷側(cè)防護結(jié)構(gòu)的撞擊侵入和穿透過程,對比研究了不同蜂窩構(gòu)型、材料、胞元尺寸、板厚對舷側(cè)結(jié)構(gòu)抗沖擊性能的影響。數(shù)值實驗結(jié)果表明:蜂窩防護結(jié)構(gòu)具有良好的抗沖擊性能,負泊松比蜂