横向冲击试验机配重设计与研制

发布时间：2020-10-12 04:58

　　 配重结构是在横向冲击试验机对5000kg级左右潜艇设备进行冲击试验过程中,替代真实设备进行试验机调试的一种辅助装置,是舰载设备抗冲击试验系统中的重要组成部分。其强度、刚度及抗冲击性能对于抗冲击试验过程中的数据采集有着至关重要的影响。因此,研究横向冲击试验用配重结构,对提高试验精度,降低横向冲击试验成本有着重要意义。本文根据舰载设备抗冲击试验要求,提出了四种不同配重结构设计方案,并对最优设计方案的抗冲击性能进行了研究。本论文主要研究内容分为以下5个方面:(1)将典型的舰艇设备简化为一系列不同固有频率的悬臂梁模型,基于模型研究了水下爆炸冲击环境对舰用设备的破坏潜能,得到了水下非接触爆炸冲击环境对舰船设备的破坏潜能及其表征方法,通过有限元计算证实了伪速度谱与设备的应力响应关系最为密切。(2)配重是横向冲击试验系统调试过程中关键的配套设施。现有配重的重量可调性及横向抗冲击性能在系统调试过程中不尽人意。为此根据舰载设备横向冲击试验要求,提出了四种不同的配重结构设计方案。四种不同的方案有结构上更为合理,重量可调性更灵活、占用空间小等优点,适合在横向冲击试验机上使用。(3)针对四种不同方案配重结构的优缺点进行比较,并结合模态分析得到的结果,最终确定将方案四配重结构作为最优设计方案。对方案四配重结构进行加工,最终得到方案四重量可调式配重结构的工装实物。(4)使用有限元法对配重结构进行了横向冲击响应分析,研究了方案四配重结构的横向抗冲击性能,确定了特定冲击载荷作用下配重整体结构、紧固螺栓及剪切块上应力的最大位置及变化情况,仿真结果表明配重整体结构、紧固螺栓及剪切块的最大应力均小于许用应力,抗冲击性能满足设计要求。(5)根据国军标的相关要求对方案四配重结构全尺寸模型实施了横向冲击试验。试验结果表明配重整体结构、紧固螺栓及剪切块结构完好,无异常变形。典型部位的加速度、速度和位移仿真数据与试验数据相比,误差均小于10%,能够满足工程预测精度要求,因此利用仿真计算模型对冲击响应进行预测是正确合理的。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：U674.70
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 舰艇及设备抗冲击试验研究现状
        1.2.2 冲击试验机研究现状
        1.2.3 设备与构件抗冲击方法研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 冲击环境破坏潜能研究
    2.1 概述
    2.2 弹簧振子冲击响应谱
    2.3 悬臂梁冲击响应谱
        2.3.1 模型和计算条件
        2.3.2 计算结果分析
    2.4 冲击破坏规律
    2.5 本章小结
第3章 重量可调式配重结构方案研究
    3.1 重量可调式配重结构设计目的及要求
    3.2 重量可调式配重结构设计方案
        3.2.1 方案一配重结构
        3.2.2 方案二配重结构
        3.2.3 方案三配重结构
        3.2.4 方案四配重结构
    3.3 重量可调式配重结构方案的比较及材料的选取
        3.3.1 重量可调式配重结构方案比较
        3.3.2 重量可调式配重结构材料的选取
    3.4 本章小结
第4章 配重结构的模态分析
    4.1 模态分析的理论基础
    4.2 模态分析步骤
        4.2.1 模型的建立
        4.2.2 加载与求解
        4.2.3 观察结果
    4.3 方案四配重结构模态分析
        4.3.1 方案四抗冲层振型结果分析
        4.3.2 方案四一层配重振型结果分析
        4.3.3 方案四二层配重振型结果分析
        4.3.4 方案四三层配重振型结果分析
    4.4 其他方案配重结构整体模态分析
        4.4.1 方案二配重结构整体模态分析
        4.4.2 方案三配重结构整体模态分析
    4.5 本章小结
第5章 配重结构冲击响应分析
    5.1 重量可调式配重结构有限元计算模型
    5.2 仿真计算的冲击载荷
    5.3 仿真计算响应测点
    5.4 配重结构的横向冲击仿真分析
        5.4.1 典型部件的加速度响应
        5.4.2 典型部件的速度响应
        5.4.3 典型部件的相对位移响应
        5.4.4 典型部件的应力响应
    5.5 本章小结
第6章 配重结构的横向冲击试验
    6.1 试验方案
        6.1.1 试验目的
        6.1.2 试验样机数量
        6.1.3 试验条件
        6.1.4 试验用设备仪器仪表
        6.1.5 试验测点布置
        6.1.6 试验工况
        6.1.7 试验合格判据
    6.2 试验结果与仿真计算结果综合分析
        6.2.1 加速度响应
        6.2.2 速度响应
        6.2.3 位移响应
        6.2.4 应力响应
        6.2.5 冲击谱图
    6.3 本章小结
第7章 结论
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
在学研究成果
致谢

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本文编号：2837679