舰用限位隔离系统隔振抗冲击性能研究
发布时间：2020-08-21 15:59
【摘要】：舰船在作战中难免遭受水雷、鱼雷等敌方武器的攻击,由此产生的水下非接触爆炸冲击载荷会造成舰船设备的大面积失效,导致舰船丧失战斗力和生命力。所以,在舰船设计时多数舰载设备使用了隔离装置,但由于隔离器固有频率较低,舰载设备受到冲击时将会产生较大的相对位移造成附属连接管系的损坏。因此,常在设备上安装限位器来限制设备的相对位移,但是,如果限位器参数不合理将会对舰载设备造成更为剧烈的二次冲击。为提高舰载设备的抗冲击性能,改善传统限位器产生的二次冲击问题,首先,通过对实际的限位隔离系统进行简化,提出了一种八参数可独立设置的限位隔离系统物理模型,分别借助MATLAB、ANSYS和ABAQUS软件建立三种仿真计算模型,通过相同算例互相验证了计算模型的准确性。然后,通过仿真计算依次分析了有无限位器,橡胶限位器的刚度参数、阻尼参数,安装间隙以及系统的固有频率对隔离系统冲击性能、振动性能的影响,发现了如下重要规律:(1)对任意隔离系统,当刚度比大于16,都存在一个特殊间隙使得此时的加速度响应取得最大值,称该间隙为“共振间隙”,并且随着刚度比的增大而逐渐增大,在设计限位隔离系统时避开“共振间隙”为最佳选择;(2)对任意确定的刚度比,都存在一个最优阻尼比使得隔离系统的加速度响应取得最小值,并最优阻尼比随刚度比的增大而逐渐增大,在设计限位隔离系统时应该使隔离系统在最优阻尼比附近工作;(3)大幅增加限位器的阻尼,不仅能够有效限制相对位移,而且大幅减小了隔离系统加速度响应,降低了隔离系统的缓冲系数,提高了隔离系统的抗冲击性能,具有较为可观的研究价值。最后,设计了限位隔离系统试验装置,进行了振动试验和冲击试验,验证了仿真计算规律。同时,为了进一步研究大阻尼限位器对隔离系统冲击响应的影响,首次将双出杆孔隙式液压限位器引入舰载设备隔离系统充当限位装置。首先,建立了基于AMESim的液压限位隔离系统的仿真计算模型,分析了液压限位器参数对隔离系统冲击响应特性的影响。然后,利用四阶龙格库塔数值方法进行冲击仿真计算,最后通过冲击试验进行验证,对比分析了液压限位与橡胶限位隔离系统的冲击响应特性。研究结果表明:在任一冲击载荷下,与无限位隔离系统相比,液压限位能够至少降低50%的相对位移响应峰值,限位效果较好;与橡胶限位隔离系统相比,在保证相对位移响应一致的条件下,加速度响应峰值降低了70%以上,缓冲系数降低了80%,有效改善了二次冲击的问题,大幅提高舰载设备的抗冲击性能。因此,研究并设计出一种适合舰载设备隔离系统的液压限位器具有广阔的研究价值与应用前景。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.703
【图文】：
图 1.1 机电设备及组件冲击破坏图示Fig. 1.1 The mechanical and electrical equipment and components damaged by shock图 1.2 安装了非线性隔离器的设备Fig. 1.2 The equipment with a nonlinear isolator installed前隔离器的种类繁多，分别适用于不同的工作环境及隔振对象。主要为9]、钢丝绳隔离器[10-12]、金属橡胶隔离器[13-14]、空气弹簧隔离器[15]、液压-18]及液固混合介质隔离器(SALi M)[19-20]等。隔离器的隔振性能优劣直接
图 1.2 安装了非线性隔离器的设备Fig. 1.2 The equipment with a nonlinear isolator installed前隔离器的种类繁多，分别适用于不同的工作环境及隔振对象。主要为-9]、钢丝绳隔离器[10-12]、金属橡胶隔离器[13-14]、空气弹簧隔离器[15]、液压6-18]及液固混合介质隔离器(SALi M)[19-20]等。隔离器的隔振性能优劣直接振效果的好坏。橡胶隔离器分为压缩型、剪切型、压缩-剪切复合型，其与橡胶材料本身参数有关，更与隔离器的形状、约束或自由面积以及高有关。钢丝绳隔离器适用于恶劣的工作环境，且易于和整体结构配合。的发展较为快速，按结构形式可以分为条型、球型和碟形，唐斌[21]等将隔离器内置了橡胶支柱，以增强该隔离器的阻尼效应，具有显著抑制共郭栋[22]将条型的钢丝绳隔离器用硫化的方法进行包裹，通过和纯钢丝绳现，橡胶材料的引入可以显著地增强其阻尼效应，提高耗能水平。金属一类匀质的弹性多孔材料，将螺旋形的金属丝拉伸并有序排列而后冷冲压离器重量轻且环境适应能力强，具有较好的阻尼和弹性，其仍存在加工难
图 1.3 带限位器的多刚体系统动力学模型Fig. 1.3 The multi-rigid system dynamics model with limiters 111 1 11 1 12 21222 2 21 1 22 221 1 2 21nnnnnnn n n n nnm x k x k x k x fm x k x k x k x fm x k x k x k x f （ 1 2, 3, , ,r r r r r rrrm diag m m m J J J（式中， rrm 为质量对角矩阵，rm 为第 r 个刚体的质量，r1J ，r2J 和r3J 分别绕坐标轴r r1O x ，r r2O x 和r r3O x 的转动惯量。 -1-1-1 -rsNT Trs r r i i i i i i iiTr rs sk T R T R k T R T RTR K TR （式中， s=rsNTr i i iK TR k TR 为r和s在总体坐标系下的刚度矩阵， T 为
本文编号：2799577
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.703
【图文】：
图 1.1 机电设备及组件冲击破坏图示Fig. 1.1 The mechanical and electrical equipment and components damaged by shock图 1.2 安装了非线性隔离器的设备Fig. 1.2 The equipment with a nonlinear isolator installed前隔离器的种类繁多，分别适用于不同的工作环境及隔振对象。主要为9]、钢丝绳隔离器[10-12]、金属橡胶隔离器[13-14]、空气弹簧隔离器[15]、液压-18]及液固混合介质隔离器(SALi M)[19-20]等。隔离器的隔振性能优劣直接
图 1.2 安装了非线性隔离器的设备Fig. 1.2 The equipment with a nonlinear isolator installed前隔离器的种类繁多，分别适用于不同的工作环境及隔振对象。主要为-9]、钢丝绳隔离器[10-12]、金属橡胶隔离器[13-14]、空气弹簧隔离器[15]、液压6-18]及液固混合介质隔离器(SALi M)[19-20]等。隔离器的隔振性能优劣直接振效果的好坏。橡胶隔离器分为压缩型、剪切型、压缩-剪切复合型，其与橡胶材料本身参数有关，更与隔离器的形状、约束或自由面积以及高有关。钢丝绳隔离器适用于恶劣的工作环境，且易于和整体结构配合。的发展较为快速，按结构形式可以分为条型、球型和碟形，唐斌[21]等将隔离器内置了橡胶支柱，以增强该隔离器的阻尼效应，具有显著抑制共郭栋[22]将条型的钢丝绳隔离器用硫化的方法进行包裹，通过和纯钢丝绳现，橡胶材料的引入可以显著地增强其阻尼效应，提高耗能水平。金属一类匀质的弹性多孔材料，将螺旋形的金属丝拉伸并有序排列而后冷冲压离器重量轻且环境适应能力强，具有较好的阻尼和弹性，其仍存在加工难
图 1.3 带限位器的多刚体系统动力学模型Fig. 1.3 The multi-rigid system dynamics model with limiters 111 1 11 1 12 21222 2 21 1 22 221 1 2 21nnnnnnn n n n nnm x k x k x k x fm x k x k x k x fm x k x k x k x f （ 1 2, 3, , ,r r r r r rrrm diag m m m J J J（式中， rrm 为质量对角矩阵，rm 为第 r 个刚体的质量，r1J ，r2J 和r3J 分别绕坐标轴r r1O x ，r r2O x 和r r3O x 的转动惯量。 -1-1-1 -rsNT Trs r r i i i i i i iiTr rs sk T R T R k T R T RTR K TR （式中， s=rsNTr i i iK TR k TR 为r和s在总体坐标系下的刚度矩阵， T 为
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 江国和;沈荣瀛;尹立国;;利用伪力法计算带限位器的船舶设备非线性冲击响应(英文)[J];船舶力学;2006年06期
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