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管路与船体结构耦合冲击响应分析方法研究
| 论文题名： | 管路与船体结构耦合冲击响应分析方法研究 |
| 关键词： | 舰船管路系统;船体结构;冲击载荷;有限元计算方法;Matlab软件 |
| 摘要： | 舰船管路系统作为船体设备工作介质和能量的传递通道,必须和舰船设备一样具备足够的抗冲击能力抵抗舰船服役期间可能遭受的打击。近些年逐渐暴露的管路系统薄弱问题,俨然成为舰船抗冲击能力的“短板”。因此,开展冲击载荷作用下管路动态响应分析方法研究,对提升管路系统和舰船抗冲击能力具有重要意义。 本文以舰船管路为研究对象,采用校核设备的时域分析方法对管路进行冲击响应计算,校核管路的抗冲击能力。分别采用有限元计算方法和离散时间传递矩阵计算方法对管路冲击响应模拟,旨在提出管路抗冲击能力快速评估方法,能为管路抗冲击设计与评估提供工程指导。 首先,建立成套管路系统三维有限元模型,并基于BV0430/85校核设备强度的冲击输入,计算管路系统冲击响应,对舰船管路在冲击载荷作用下的响应较为剧烈的管路弯头、三通和设备连接处等区域响应进行统计分析,提出管路冲击载荷作用下的薄弱环节; 其次,在成套管路冲击响应分析的基础之上,对管路结构进行边界简化,分析结构强度,提出以梁单元和壳单元建模评估管路抗冲击强度的工程化计算方法。并基于大量算例给出了梁单元模拟交叉构件的强度修正系数,弥补梁单元建模引入的结构冗余造成的误差; 第三,建立管路离散时间传递矩阵。推导包含管路轴向振动、扭转振动和平面弯曲的管路离散时间传递矩阵,建立管路支吊架,法兰和阀门等集中质量,弯头和三通结构的离散时间传递矩阵,完成三维离散时间传递矩阵的建立。并利用Matlab软件编制程序,计算管路冲击载荷作用下的瞬态响应,实现管路冲击响应的程序化快速评估; 最后,设计在小型冲击台的管路冲击试验,并验证本文的算法。制定管路冲击实验方案,研究管路冲击响应特性,并探究冲击激励、支座布置和支撑刚度选取对管路冲击响应的影响。通过试验结果与有限元计算方法和离散时间传递矩阵法计算结果的对比,发现误差不超过25％,证明本文提出的计算方法精度可靠。 |
| 作者： | 丁建军 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 宋儒鑫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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