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颠震摇摆载荷下船载管阀系统结构动力学分析
| 论文题名： | 颠震摇摆载荷下船载管阀系统结构动力学分析 |
| 关键词： | 船载管阀系统;颠震载荷;摇摆载荷;动态响应 |
| 摘要： | 舰船蒸汽动力系统为船只提供必需的蒸汽动力介质，其附属管道及阀门具有中心高、线路长、质量分布不均匀的特点。动力系统易在颠震、摇摆激励载荷的影响下失效，失效一旦发生轻则引起舰船动力丧失，重则威胁舰船人员生命安全。因而研究舰船用管阀系统在颠震摇摆载荷下动态响应特性，提出有效的防护措施，对于提高舰船安全性有重要意义。 本文以某一舰船的蒸汽动力系统中的止回阀及与其相连的管路系统为研究分析对象，运用理论推导、数值计算与实验研究手段，探究舰船用止回阀及管路系统在颠震摇摆载荷下的动态响应特性。本文主要研究内容如下： （1）基于舰船用止回阀及管路系统的重要性,分析了舰船用止回阀在颠震摇摆载荷下产生破坏的影响因素及造成的严重后果。在调研国内外对舰船及舰船设备在外部激励载荷研究方法和研究现状基础之上，提出了针对舰船用止回阀及其管路系统在颠震和摇摆载荷下动态响应的研究方法及研究思路。 （2）利用现有的地震实验台，设计小型管阀系统实验装置并完成了相关测试。装置选用了管道+阀门结构与管道+阀门+负重结构两种实验方案，对小型模型系统进行了加速度、冲击等特性参数实验。实验表明，改变管道+阀门结构质量分布可有效降低系统在颠震摇摆载荷下的冲击加速度。 （3）利用ANSYS软件对小型管阀系统实验装置进行了数值模拟，并将数值模拟结果与实验台测试数据进行了比对，验证了数值模拟方法的可靠性及边界条件设置的正确性，本段研究工作为后续实际模型的仿真模拟奠定了基础。 （4）利用ANSYS Workbench软件对管阀系统的自由模态及约束模态进行了分析，分析了不同约束条件对管阀系统模态振型的影响，发现不论何种约束条件，随着振型阶次的提高，管阀系统的扭转变形也逐渐提高。在模态分析基础之上进行了谐响应分析，对管阀系统的结构强度进行了研究分析，分析结果表明增大摇杆的横截面积能降低管阀系统的振动响应。 （5）基于摇摆数值分析计算的理论，建立管阀系统的线性及非线性摇摆运动数学模型，求解了系统线性及非线性摇摆运动方程，引入摇摆惯性载荷。分析了摇摆载荷对止回阀及管阀系统的结构强度和形变量产生的影响，研究表明：舰船管阀系统在摇摆载荷作用下，当管阀系统横摇周期相同时，管阀系统所产生的最大应力基本相同。 |
| 作者： | 张昭辉 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 余建平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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