帶限位器的艦船設備隔離系統(tǒng)沖擊響應研究.pdf

1、艦船機械設備沖擊隔離技術分析研究是一個較為復雜的綜合性問題，特別是安裝限位器之后，使得隔離系統(tǒng)不能作為線性系統(tǒng)來處理，因而在沖擊響應計算時就不能直接采用模態(tài)疊加法和基于機械振動模態(tài)理論和響應譜的動態(tài)設計分析方法(DDAM)，需要探索新的計算方法，這是本論文的基本出發(fā)點?；A和筏體的彈性對沖擊隔離系統(tǒng)的隔離效果的影響分析，也是本文的主要研究內容。限位器參數對隔離系統(tǒng)沖擊響應的影響分析和限位器參數優(yōu)化計算則是本文的另一主要研究內容。

2、 根據國家自然科學基金項目“單向約束動力系統(tǒng)數學建模和算法研究”和海軍裝備部“十五”預研課題“潛艇抗沖擊技術”的需要，論文從理論和試驗兩方面對帶限位器的沖擊隔離系統(tǒng)的響應及其影響因素進行了較為深入的研究。論文主要完成了以下幾個方面的工作： 1.論文總結了有關艦船機械設備沖擊隔離技術分析研究的大量文獻，對它的研究背景和研究意義、國內外在理論分析方法和試驗研究方面的現狀、已有的研究成果及其存在的問題給予了較為全面的論述，同時對浮筏隔

3、振系統(tǒng)及其特點進行了總結分析。在此基礎上對帶有限位器的單層隔離系統(tǒng)和浮筏隔振系統(tǒng)的沖擊響應進行了更深入的研究。 2.把偽力法引入到帶有限位器的單層隔離系統(tǒng)和浮筏隔振系統(tǒng)的沖擊響應計算之中。建立了帶有限位器的單層隔振系統(tǒng)和浮筏隔振系統(tǒng)計算模型，用偽力法計算沖擊響應，并與沖擊試驗結果進行比較。結果表明采用偽力法計算帶限位器的單層隔離系統(tǒng)和浮筏隔振系統(tǒng)的沖擊響應是可行的。進一步利用偽力法計算分析了限位器間隙和剛度對系統(tǒng)的沖擊響應的影響

4、。 3.增量模態(tài)疊加法的主要優(yōu)點是頻率和振型是不斷變化的以適應系統(tǒng)的瞬態(tài)動力特性。論文將增量模態(tài)疊加法推廣應用于帶有限位器的單層和多層隔振系統(tǒng)的沖擊響應計算之中。計算結果與沖擊試驗結果及偽力法的計算結果基本一致，說明采用增量模態(tài)疊加法計算浮筏隔離系統(tǒng)的沖擊響應也是可行的。論文利用增量模態(tài)疊加法計算分析了限位器安裝位置及其參數對沖擊響應的影響，為進行沖擊隔離系統(tǒng)的優(yōu)化設計奠定了基礎。 4.建立了剛性筏體剛性基礎系統(tǒng)、彈性筏

5、體剛性基礎系統(tǒng)、剛性筏體彈性基礎系統(tǒng)及彈性筏體彈性基礎系統(tǒng)四種有限元計算模型。計算分析了筏體和基礎的彈性對系統(tǒng)的沖擊響應的影響。計算結果表明，彈性筏體和彈性基礎均有利于基礎加速度沖擊的隔離，但將使得筏體和機組的最大位移響應增大，同時彈性筏體會使得筏體中心最大加速度響應增大。對于四種浮筏隔振系統(tǒng)，限位器間隙與沖擊響應之間的關系是相同的，即隨著限位器間隙的減小，筏體和機組的最大加速度響應增大，而最大位移響應都減小。 5.沖擊隔離系統(tǒng)

6、限位器參數的優(yōu)化計算問題是一個一般的有約束的非線性優(yōu)化問題，也是一種最困難的最優(yōu)化問題。利用偽并行遺傳算法的思想，同時對基本遺傳算法進行改造，提出一種偽并行改進遺傳算法(PPIGA)，將其用于沖擊隔離系統(tǒng)限位器參數的優(yōu)化計算。首先利用一個典型測試函數：Ackley函數，對提出的偽并行改進遺傳算法進行測試，證明該算法能消除早熟現象，并以較小的種群規(guī)模搜索到全局最優(yōu)解。其次建立了與試驗模型一致的單層隔離系統(tǒng)限位器參數優(yōu)化計算模型，優(yōu)化目標是

7、在基礎受到一定的加速度激勵下使得機組垂向最大位移響應最小，約束條件是限制機組的垂向加速度的最大值小于一個給定的值。計算結果表明，通過優(yōu)化計算得到的限位器最優(yōu)參數能夠滿足約束條件并實現優(yōu)化目標。最后建立了與試驗模型一致的浮筏隔振系統(tǒng)限位器參數優(yōu)化計算模型，這是一個多目標優(yōu)化問題，優(yōu)化目標是在基礎受到一定的加速度激勵下使得兩個機組的垂向最大位移響應都盡可能小。約束條件是限制各機組的垂向加速度的最大值分別小于一定值，各機組與筏體之間的最大相對

8、位移也被約束在一定的范圍內。計算結果表明，通過優(yōu)化計算得到的限位器最優(yōu)參數同樣能夠滿足約束條件并實現多目標優(yōu)化。將增量模態(tài)疊加法和偽并行改進遺傳算法結合在一起，解決了沖擊隔離系統(tǒng)限位器參數的優(yōu)化計算問題，這對于沖擊隔離系統(tǒng)的優(yōu)化設計具有重要的實際意義。 6.采用增量模態(tài)疊加法對MTU20V956型柴油機組雙層隔振系統(tǒng)在垂向、橫向和縱向激勵作用下的響應，以及三個方向同時激勵下的沖擊響應進行了計算，得到了在不安裝限位器、安裝彈性限位

9、器和剛性限位器等不同情況下的中間基座與柴油機在各方向上的位移沖擊響應和加速度沖擊響應。計算得到的結果較為合理，與MTU報告中給出的計算結果基本一致，表明該方法能夠用于工程實例的計算。這為設計和評價帶限位器的多層隔振系統(tǒng)提供了有實用價值的方法。 7.對帶限位器的單層隔離系統(tǒng)和浮筏隔振系統(tǒng)進行了試驗研究。設計制作了兩種單層隔振系統(tǒng)模型和四種浮筏隔振系統(tǒng)模型，在沖擊試驗臺上進行了模型試驗。驗證了偽力法和增量模態(tài)疊加法的計算結果，表明這