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原文传递舰船浮筏系统若干非光滑动力学模型研究

论文题名：	舰船浮筏系统若干非光滑动力学模型研究
关键词：	舰船;浮筏系统;系统动力学特性;限位器;滑动力学模型;隔振系统;设备;碰撞振动;弹性基础;动力学理论;隔振装置;神经网络;非光滑;庞加莱映射;确定性;振动理论;限位装置;网络算法;随机振动;力学问题
摘要：	舰船浮筏系统是一种新型的复杂抗冲隔振系统，由于舰艇结构与筏体均不能视为刚体，尤其浮筏隔振装置朝着大型化、舱筏方向发展时，弹性结构模态向低频方向移动，必然对隔振装置的低频振动特性产生重要影响；而筏体、设备和壳体结构的高阶振动模态同时也影响到中高频段的机械振动传递特性，这些因素将影响到壳体振动与噪声预报的准确性，因此在建立数值模型时必须建立包括机械设备与壳体结构在内的舰艇浮筏隔振装置的弹性体模型。浮筏隔振系统不仅要具有良好的隔振性能，而且还要满足抗冲击的要求。为了限制冲击载荷引起的大位移，通常在隔振系统中附加限位装置。限位装置的出现，使浮筏系统的动力学特性发生了改变，由原来的光滑系统变为非光滑系统，出现了设备和限位器的接触或浮筏与限位器的接触。接触问题在许多技术领域既十分重要又难以求解，接触力学属于非光滑力学。另外，在浮筏系统中一些非运转设备刚性地安装在筏架上，以此增加筏架与振动源设备的质量比，提高装置的隔振效果。但是，这些设备受冲击产生较大加速度并同时承受较大惯性力，造成固定件断裂，断裂后成为运动件，会产生运动件与固定件的摩擦与碰撞，碰撞振动是典型的非光滑非线性动力学问题之一，增加了浮筏系统的动力学研究的难度。浮筏隔振系统的模型研究不仅为设计提供了有力的理论工具，而且由于非光滑力学是一个目前国内外普遍关心的年轻的研究领域，因此，浮筏隔振系统的非光滑动力学模型的研究即有重要的工程价值和一定的科学意义。论文文详细研究了舰船浮筏系统的建模方法和动力学特性，主要内容包括以下几个方面： 1、采用多刚体动力学理论和结构振动理论建立了具有弹性基础的浮筏系统的动力学模型，并对弹性基础的模态进行截断，分析讨论了刚性基础和弹性基础两种情况下的动力学特性，此模型弥补了以往建模中不考虑基础弹性的缺陷。 2、采用现代接触动力学理论建立了带弹性限位器的浮筏系统的确定性非光滑动力学模型，提出了采用神经网络算法判别限位器的接触状态。同时以主变流机组浮筏隔振系统为例，分析了限位器单向约束和双向约束两种情况下表现出的冲击动力学特性，并讨论限位器间隙和限位器刚度对系统动力学特性影响，为浮筏系统中限位器的设置提供理论参考。采用神经网络算法后计算时间大大缩短。 3、应用随机振动理论建立了带弹性限位器的浮筏系统的随机动力学模型，导出了系统的离散计算格式，该模型既有接触问题又考虑随机因素，理论上具有一定的难度。并以主变流机组浮筏系统讨论了限位器单向约束和双向约束两种工况下的随机响应，噪声强度以及激励频率对位移方差和速度方差的影响。 4、应用碰撞动力学理论建立了浮筏系统在部分冲击受损后形成的碰撞振动系统的确定性和随机离散动力学模型，导出确定性系统的碰撞庞加莱映射，并采用非高斯截断技术导出随机系统的平均碰撞庞加莱映射。实例分析指出了噪声可能增加受损后的小设备与设备之间的碰撞，也可能减少小设备与筏体之间的碰撞，噪声将增加系统动力学特性的复杂性。论文紧密围绕舰船浮筏系统中提出的亟待解决的力学问题展开，采取理论推导与数值计算相结合的研究方法，研究结果将丰富浮筏系统动力学学科的内容，对工程应用也有一定的指导作用。关键词：浮筏系统，弹性基础，限位器，非光滑，神经网络，碰撞振动，随机振动，动力学模型
作者：	温建明
专业：	一般力学与力学基础
导师：	冯奇
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学航空航天与力学学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文