艦船系統(tǒng)抗沖擊性能全局優(yōu)化方法研究.pdf

1、水面艦船在服役過程中不可避免會遭受非接觸爆炸引起的沖擊問題。歷次海戰(zhàn)及實船爆炸試驗均表明，水下爆炸環(huán)境中水面艦船的突出薄弱環(huán)節(jié)是艦船上眾多重要裝置及設(shè)備的抗沖擊性能較弱，從而導致艦船系統(tǒng)功能受損，喪失戰(zhàn)斗力和生存能力。因此，各國海軍都非常重視艦船設(shè)備及系統(tǒng)抗沖擊性能設(shè)計。要在全艦層次上提高艦船抗沖擊性能，必須在設(shè)計階段就將系統(tǒng)抗沖擊性能作為一項重要設(shè)計要素進行考慮，并從全局角度對系統(tǒng)抗沖擊性能進行優(yōu)化設(shè)計，以達到與其他設(shè)計性能要素均衡。

2、顯然，研究艦船系統(tǒng)及設(shè)備抗沖擊性能設(shè)計對于提高艦船生命力和戰(zhàn)斗力具有重要工程應用價值。
　　 艦船系統(tǒng)抗沖擊性能設(shè)計研究主要包括四個部分，即艦船沖擊環(huán)境分析、艦船設(shè)備抗沖擊性能、艦船復雜系統(tǒng)抗沖擊性能評估以及艦船系統(tǒng)抗沖擊性能設(shè)計方法。為了對艦船抗沖擊性能設(shè)計提供更好的理論支持，本文分別針對這四部分內(nèi)容進行了詳細深入的研究，建立一套艦船抗沖擊性能分析方法和設(shè)計體系，旨在為我國艦船抗沖擊性能設(shè)計提供參考。
　　 1)為分析

3、沖擊環(huán)境統(tǒng)計特性，首先基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立沖擊環(huán)境智能預報模型，以數(shù)值實驗結(jié)果作為樣本，應用粒子群算法(PSO)對智能預報模型進行訓練，形成一套沖擊環(huán)境高效預報方法。針對若干典型艦船，通過建立艦船服役過程中可能遭受的武器攻擊概率模型，結(jié)合Monte Carlo法，總結(jié)了沖擊環(huán)境統(tǒng)計特性與設(shè)備安裝位置之間的相關(guān)性，并采用空間聚類算法，對典型水面艦船沖擊環(huán)境統(tǒng)計特性進行區(qū)劃分析，并在此基礎(chǔ)上分析了沖擊環(huán)境的概率分布類型。
　　 2)在大

4、量沖擊環(huán)境數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以沖擊譜速度為研究對象，將沖擊譜速度無量綱化，定義特征量描述其在艦船結(jié)構(gòu)中的衰減規(guī)律，歸納、分析了典型水面艦船設(shè)計參數(shù)、外載荷與沖擊環(huán)境之間的關(guān)系，總結(jié)了具有較好預報精度的沖擊環(huán)境預報公式，建立了艦船沖擊環(huán)境工程化預報方法。通過形函數(shù)插值理論，給出了海上實船爆炸試驗工況設(shè)置方法和原則，實現(xiàn)利用有限的實驗結(jié)果，高精度地插值預報其它工況下的沖擊環(huán)境。
　　 3)本文探討了艦船設(shè)備抗沖擊能力的分析方法，給出了基

5、于時域分析的設(shè)備抗沖擊能力研究方法，并針對某艦船增壓鍋爐的抗沖擊能力進行分析；考慮到影響到設(shè)備沖擊響應的各種隨機因素，建立基于改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備沖擊響應預報模型，結(jié)合Monte Carlo法，分析了設(shè)備抗沖擊能力概率分布，對增壓鍋爐剛性安裝和彈性安裝兩種情況下的抗沖擊能力值進行研究對比，給出了具有隨機性的設(shè)備抗沖擊能力分析方法。
　　 4)針對艦船復雜系統(tǒng)，分別引入了模糊損傷樹方法和改進模糊Petri網(wǎng)方法，建立了相應的抗沖擊性

6、能評估模型，以航空保障系統(tǒng)為研究對象，分析了不同工況下其抗沖擊性能，并與傳統(tǒng)系統(tǒng)抗沖擊性能評估方法進行了比較。
　　 5)基于抗沖擊投資-性能效益準則，建立了艦船系統(tǒng)全局優(yōu)化設(shè)計方法的艦船系統(tǒng)及設(shè)備抗沖擊性能的優(yōu)化設(shè)計方法，以艦船系統(tǒng)及設(shè)備全壽命周期內(nèi)的總抗沖擊投資最小為目標函數(shù)，分析了艦船系統(tǒng)及設(shè)備壽命周期內(nèi)的抗沖擊投資評估、損失期望估計等問題，建立了三類全局優(yōu)化的數(shù)學模型：限制系統(tǒng)抗沖擊投資額度、給定系統(tǒng)抗沖擊性能指標、無投