潜器舷间设备与艇体冲击耦合作用研究

发布时间：2020-05-08 14:08

【摘要】：随着水下非接触爆炸威胁的日益严重,舰载设备的抗冲击研究愈发重要。潜器的舷间设备通常位于轻外壳与耐压壳之间,在保证舰艇生命力完整上具有重要作用,因此,探究潜器舷间设备的抗冲击研究方法具有重要的理论价值和工程意义。但是目前国内外关于舷间设备的抗冲击研究十分少见。本文考虑到不同舷间设备抗冲击研究中的共性及差异性,针对升降装置和高压气瓶基座结构两款典型潜器舷间设备开展了相关动力学理论分析和抗冲击模拟,并进行了初步的冲击防护设计与改进。具体内容如下:首先,建立了通用的舷间设备冲击动力学模型分析方法。理论求解规则结构在无限水域的附连水质量,并进行流固耦合模态分析求解设备在有限封闭水域的附连水质量;通过刚度计算确定耐压壳体与围壳板架对设备提供的刚度支持,建立设备的刚度模拟模型;研究了设备内部零部件连接方法,确定了绑定约束、接触约束和螺栓连接等多种连接方式各自的适用性。第二,从透射冲击波和艇体传递载荷两方面综合分析潜器舷间冲击载荷特性。在透射载荷方面,研究水下爆炸冲击波在双面浸水板前后的透射作用,理论推导透射波计算公式,并采用数值手段验证了透射波的超压峰值、脉宽特征及冲量的变化,确定了封闭空间透射冲击波载荷计算方法。在艇体传递载荷方面,采用声固耦合法计算多工况下的艇体传递冲击载荷,并总结了爆源方向、冲击因子、水深和加强构件等关键因素对潜器舷间艇体传递冲击载荷的影响。第三,分析现行动态设计分析方法和时域模拟法在舷间设备抗冲击研究中的适用性。分别应用动态设计分析方法和时域模拟法对升降装置和高压气瓶基座结构进行抗冲击计算,进行设备的冲击响应特性分析,发现了设备的薄弱区域,为防护设计提供了依据。在此基础上,对两款设备进行了考虑透射冲击波载荷的动力学分析,发现透射载荷强度稍弱于同一工况下的艇体传递载荷。最后,开展了潜器舷间设备的冲击防护研究与改进。对于升降装置,探究隔冲系统参数对升降装置动态响应的影响,确定升降装置系统的最优隔冲刚度与阻尼。对于空气瓶基座结构,改进了基座各部位厚度,开展了不同尺寸基座的冲击试验,验证了数值模拟方法,针对薄弱区域进行了优化,并结合工程实际问题,探究基座的螺栓固定板破坏机理,提出了通用的螺栓固定板初步设计公式。
【图文】：

潜器,高压气瓶,高压空气瓶

合理仍不得而知，除此之外，ＧＪＢ要求的严酷程度与何种水下爆炸工况大致相当也是值逡逑得探讨的问题。潜器围壳内的升降装置和舷侧的高压空气瓶基座系统即为两种最为典型逡逑的舷间设备，如图１．１、１．２所示。逡逑４逡逑

升降装置

收缩状态逡逑图２．１升降装置结构及功能示意逦图２．２升降装置外框架模型逡逑（１）几何清理逡逑为了有效保证舰载设备在抗冲击数值计算中的精度，在划分升降装置这类大型设备逡逑的有限元模型的单元网格时，只是实现网格的划分是不够的，还需要非常重视单元划分逡逑质量。通常，几何质量的不合格包括以下问题：在几何建模的过程中，设备规模过大，逡逑人为的失误可能会出现点线面的重合、错位、折叠等缺陷，造成网格划分的质量过低，逡逑这也是最常见的问题；其次，，由于工程实际的需要，设备上通常具有很多不必要的几何逡逑特征，比如倒角、圆孔等，但是这些特征对于设备整体的冲击响应特征几乎是没有影响逡逑的，却反而大大增加了网格划分的工作规模和求解难度，可在几何清理过程中予以舍弃；逡逑最后
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.70

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