彈性浮筏系統(tǒng)動力學建模方法和沖擊控制研究.pdf

1、隨著科技的進步，艦艇及艦艇機電設備面臨著日益惡劣的沖擊環(huán)境，這樣的沖擊環(huán)境對于艦艇的生命力造成了極大威脅，提高艦艇及艦船機電設備抗沖擊保護能力已經(jīng)成為一個迫切需要解決的問題。在艦船上裝備抗沖隔振系統(tǒng)是減小艦載設備所受沖擊，保證艦載設備正常工作的有效手段，浮筏系統(tǒng)是一種集質量，彈簧，阻尼和彈性連續(xù)體為一體的復雜動力學系統(tǒng)，具有良好的抗沖隔振性能，是一類重要的艦載設備隔振系統(tǒng)，因此，浮筏系統(tǒng)建模理論及優(yōu)化設計問題已經(jīng)成為艦船抗沖

2、擊研究的重要內容。傳統(tǒng)的浮筏系統(tǒng)的動力學建模方法，包括多剛體動力學建模方法、有限元建模分析方法等。這些方法成熟，簡便，但常常存在一定的局限性，在特定的應用背景和適用范圍下，這些方法可以滿足工程上要求。但是隨著新型浮筏系統(tǒng)朝著大型、空間、寬頻、復雜的方向發(fā)展，這些單一建模方法的局限性日益顯現(xiàn)，如多剛體動力學建模方法，是一種成熟的浮筏系統(tǒng)建模方法，但存在著忽略系統(tǒng)彈性變形的不足；有限元方法是一種功能強大的方法，適應性強，并且考慮

3、了系統(tǒng)的彈性變形，但完全是數(shù)值方法，很難實現(xiàn)浮筏系統(tǒng)的最優(yōu)控制和參數(shù)優(yōu)化設計。正是因為單一的浮筏系統(tǒng)經(jīng)典建模方法存在著一定局限性，本文提出了一種新的浮筏系統(tǒng)動力學建模方法。本文以沖擊環(huán)境下彈性浮筏系統(tǒng)為研究對象，綜合運用了多體動力學理論、()動力學理論、動態(tài)子結構方法、有限元方法，系統(tǒng)地建立了復雜彈性浮筏系統(tǒng)的動力學模型，同時對彈性浮筏系統(tǒng)在沖擊環(huán)境下的動力學響應及動力學特性也進行了研究。并且，本文已建立的復雜彈性浮筏系統(tǒng)

4、動力學模型的基礎上，首次以理想最優(yōu)控制理論為基礎發(fā)展起來的準最優(yōu)控制方法(ECPM)為手段，研究了復雜彈性浮筏系統(tǒng)沖擊控制方法，并對隔振器最優(yōu)參數(shù)設計方法進行了探討。首先，本文闡述了彈性浮筏系統(tǒng)建模基礎，考慮筏體可以作為彈性板假設的簡單彈性浮筏系統(tǒng)，采用完全解析的方法建立了該彈性浮筏系統(tǒng)的動力學模型。推導出沖擊作用下系統(tǒng)的動力學方程。并通過算例，求出了浮筏系統(tǒng)的動力學固有特性和在不同沖擊環(huán)境下的響應，分析了筏體彈性變形對系

5、統(tǒng)動力學性能的影響。在此基礎上，建立了彈性浮筏系統(tǒng)的完整動力學模型。采用子結構的方法對彈性浮筏系統(tǒng)進行分解，將其分解為若干剛體和一個彈性結構組成的系統(tǒng)，綜合應用動態(tài)子結構建模理論、多體動力學建模理論、有限元方法，建立了系統(tǒng)動力學模型，后推導出彈性浮筏系統(tǒng)的完整動力學方程。接著針對具體的工程問題，考慮簡化模型和完整模型兩種不同情況，研究了空壓機浮筏隔振系統(tǒng)的動力學建模和在沖擊作用下動力學響應問題，推導出空壓機浮筏系統(tǒng)的簡化

6、及完整動力學方程，并求出了系統(tǒng)振動的固有頻率和在不同工況下對沖擊荷載的響應。最后，將隨機最優(yōu)控制方法探索性地用于彈性浮筏系統(tǒng)的沖擊控制和隔振器參數(shù)優(yōu)化研究。在本文建議的彈性浮筏系統(tǒng)的動力學模型基礎上，以沖擊作用下隨機彈性浮筏系統(tǒng)為研究對象，對復雜剛彈耦合隨機非自治動力學系統(tǒng)的準最優(yōu)控制方法和最優(yōu)參數(shù)設計方法進行了探討，對控制系統(tǒng)在不同優(yōu)化理論下的沖擊控制效果進行了比較分析，闡明彈性浮筏系統(tǒng)的動力學特性和沖擊控制機理，分析結

7、果期望用于指導工程設計。本課題緊密圍繞艦船浮筏系統(tǒng)中提出的亟待解決的力學問題展開，采取理論推導與數(shù)值計算相結合的研究方法。實例分析指出，該方法除了進行精確的理論推導外，當完全解析分析有困難時，采用滿足工程應用精度要求的半解析半數(shù)值的方法是可行的。采用大型的有限元軟件進行分析比較后，指出本文建議的建模方法的精度可滿足要求，此外，該方法還能發(fā)展應用于浮筏系統(tǒng)控制設計。本文研究結果將豐富浮筏系統(tǒng)動力學學科的內容，并對工程應用也有一