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水下爆炸作用下桁架箱体浮筏抗冲击性能研究
| 论文题名： | 水下爆炸作用下桁架箱体浮筏抗冲击性能研究 |
| 关键词： | 潜器;桁架箱体浮筏;抗冲击性能;水下爆炸作用 |
| 摘要： | 随着水下非接触爆炸的威胁愈加严重，潜器的生存环境愈加恶劣，对潜器内部结构和舰载设备的抗冲击能力提出了更高的要求。浮筏作为有效的隔振手段被广泛应用于潜器内，目前对于浮筏结构的研究多是关注其隔振效果，对其冲击环境及其上设备和人员的抗冲击鲜有研究。潜器有限的内部空间和较优的机动性能要求浮筏具有较高的空间利用率高和较轻的重量。数值仿真作为模型试验的辅助手段，其精度依赖于数值模型与试验模型在目标特性上的一致性，根据试验数据对数值模型进行修正是必要的。本文针对上述问题，对潜器内浮筏系统开展水下爆炸作用下的抗冲击特性研究，内容如下: 首先，对水下爆炸和冲击环境理论进行研究，介绍了冲击波和气泡脉动的形成和传播过程。研究了水下爆炸载荷的计算方法，阐述了冲击谱的计算原理。对浮筏系统的动力学建模方法进行研究，介绍了不同方法的优点与局限性。综合采用多刚体法和子结构法，建立了浮筏抗冲系统的动力学模型。 第二，基于浮筏大型化、舱筏化的发展趋势和需求，兼顾重量、冲击强度、空间利用率和冲击防护性能，设计了一种桁架箱体结构浮筏。计算了不同构型筏架的等效刚度和空间利用率。建立了浮筏系统的有限元模型，进行冲击强度校核。计算了在水下爆炸载荷作用下，不同构型浮筏上下平台的冲击环境，对比其对设备和人员的冲击防护性能的差异。综合考虑冲击防护性能和空间利用率，确定出最优构型浮筏，用于进一步的分析和研究。 第三，对浮筏的抗冲击性能进行研究。研究了浮筏减振器因素和筏架因素对浮筏冲击响应的影响。研究了浮筏平台冲击环境的分布特性，对比了浮筏迎背爆面冲击环境的差异。研究了浮筏减振器的刚度、数量和阻尼对浮筏平台冲击环境的影响。为浮筏抗冲击性能和冲击防护性能的提升提供参考。 最后，基于参数型法对浮筏有限元模型进行修正。研究了有限元模型修正方法和多目标优化算法。介绍了待修正的有限元模型，并对其37个参数进行灵敏度分析，得到对目标设备冲击环境影响率较高的参数。开展了对NSGA-Ⅱ遗传算法的研究，并基于NSGA-Ⅱ遗传算法对有限元模型的参数进行优化与修正。结果表明，NSGA-Ⅱ遗传算法在解决有限元模型多参数修正、多目标优化问题上十分有效。 |
| 作者： | 宋世凯 |
| 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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