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船用燃气轮机部件冲击载荷表征方法研究
| 论文题名： | 船用燃气轮机部件冲击载荷表征方法研究 |
| 关键词： | 船用燃气轮机;冲击响应谱;冲击载荷;表征方法 |
| 摘要： | 近年来随着海洋环境不断变化，船舶受到水下非接触爆炸的冲击作用，船用设备的安全性遭受威胁。燃气轮机作为特殊的船用设备，是船舶的主要动力来源，其抗冲击性能是保障船舶在海洋中持续航行能力与船舶安全性的关键因素。船用燃气轮机部件组成复杂，各部件相互连接耦合，其关键部件的冲击环境特性是冲击载荷下燃气轮机部件结构设计的重要基础。本论文基于此研究背景，以某型船用燃气轮机为研究对象，开展燃气轮机部件冲击载荷特性研究，提出燃气轮机部件的冲击载荷表征方法。 本文首先结合船用设备抗冲击研究现状与冲击载荷表征方法研究现状，阐述了设备抗冲击研究的背景与意义，部件冲击载荷表征方法研究目的与意义。介绍冲击响应谱的基本理论及一般计算方法，参考前联邦德国抗冲击设计规范，采用组合三角波法、组合正弦波法来描述原始冲击信号，并对设备进行冲击考核。结合合成正弦基波法，基于响应谱一致为原则，运用三种冲击载荷描述方法，对给定半正弦波冲击激励进行载荷表征分析，校核三种冲击载荷描述方法对给定冲击载荷进行表征的适用性，为船用燃气轮机部件冲击载荷表征提供基础。 以某型船用燃气轮机为研究对象，在ABAQUS有限元软件中建立燃气轮机数值简化模型并进行模态分析，验证燃机简化模型的有效性。基于时域动力分析方法，以机舱甲板加速度时历作为燃机底部的冲击激励，仿真分析各部件在冲击载荷下的动态响应。此外，对冲击载荷在燃机内部传递特性进行分析，冲击载荷由隔离系统、底架、支撑腿、机匣传递至燃气轮机内部的转子系统，分析结果表明载荷经由隔离系统作用，冲击效果已经大幅衰减。 根据部件的结构特征与响应特性，选取燃机典型部件为支撑腿与转子，研究原始冲击及典型部件冲击载荷的表征方法。采用组合正弦波与合成正弦基波法对冲击载荷进行描述，并将表征得到的载荷再次施加到部件中，以响应一致为原则，验证表征方法适用性，结果表明两种表征方法适用性欠佳。然后，在合成正弦基波法的基础上提出改进，结合部件冲击载荷波形特征，采用低频正弦基波与中高频衰减正弦基波复合的方法表征部件冲击载荷，分析部件的动态响应，结果表明提出的改进合成基波方法适用性较好。 |
| 作者： | 王爽 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 郭君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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