原文传递
舰艇管线隔振与舷侧蜂窝防护结构设计方法
| 论文题名： | 舰艇管线隔振与舷侧蜂窝防护结构设计方法 |
| 关键词： | 舰艇管线;蜂窝结构;负泊松比结构;舷侧防护结构;优化设计;隔振支座 |
| 摘要： | 舰艇是维护国家海洋权力及安全的重要武器装备。提高舰艇作战性能和生存能力涉及到舰艇内、外两方面因素:其中,管线系统隔振支座布局能够显著影响舰艇内部动力机械设备产生的振动响应及噪声传递过程,进而影响舰艇隐身性能;另外,舷侧防护结构能够有效降低外部弹体攻击对舰艇所造成的危害,对维持舰艇生命力具有重要作用。本文对管线系统隔振支座布局优化设计及新型宏观负泊松比蜂窝夹芯舷侧防护结构设计的方法进行了研究,以期提高舰艇隐身性能及生命力。 首先,本文综合考虑强度、刚度、稳定性、固有频率及振级落差等约束条件,提出了三种管线系统支座布局优化设计模型及方法:1)管线隔振支座布局优化规范设计方法;2)管线隔振支座布局几何优化设计方法;3)管线隔振支座布局优化拓扑基结构法。规范设计方法根据 ASME B31规范初步确定支座的数量,通过几何优化设计支座的间距。几何优化设计方法假定支座总数目,通过确定各支座的几何位置坐标实现布局优化。提出迭代优化算法求解了上述问题,该迭代算法依据约束条件的满足情况及步长临界间距值来确定支座数量的减少与增加,最终得到较优的支座数目及间距。拓扑基结构法在管线长度方向密集布置一定数量隔振支座,即拓扑基结构。该模型属于0-1整数规划问题,本文通过将拓扑设计变量取为支座结构几何尺寸或者材料弹性模量的方式,将设计变量连续化,简化问题描述,以适应更多的优化算法。通过算例,研究了不同优化目标函数,如支座造价、管线最大下垂或结构应变能等,对优化结果的影响,证明了有关模型与算法的有效性和实用性。 其次,针对常规舷侧防护结构依赖高性能材料及结构尺寸设计来提高抗冲击能力,本文提出并设计了一种具有宏观负泊松比特性的新型蜂窝夹芯舷侧防护结构。通过对蜂窝胞元特殊结构构型设计,实现舷侧防护结构优异抗冲击性能。利用有限元动力学分析软件LS-DYNA,通过数值模拟亚音速反舰导弹对舷侧防护结构的撞击侵入和穿透过程,对比研究了不同蜂窝构型、材料、胞元尺寸、板厚对舷侧结构抗冲击性能的影响。数值实验结果表明:蜂窝防护结构具有良好的抗冲击性能,负泊松比蜂窝构型较正泊松比蜂窝构型抗冲击性能更优。采用适当的材料、恰当的胞元大小及板厚能够进一步提高其抗冲击性能。 |
| 作者： | 马涛 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 杨德庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
