艦艇管線隔振與舷側蜂窩防護結構設計方法.pdf

1、艦艇是維護國家海洋權力及安全的重要武器裝備。提高艦艇作戰(zhàn)性能和生存能力涉及到艦艇內、外兩方面因素:其中,管線系統(tǒng)隔振支座布局能夠顯著影響艦艇內部動力機械設備產(chǎn)生的振動響應及噪聲傳遞過程,進而影響艦艇隱身性能;另外,舷側防護結構能夠有效降低外部彈體攻擊對艦艇所造成的危害,對維持艦艇生命力具有重要作用。本文對管線系統(tǒng)隔振支座布局優(yōu)化設計及新型宏觀負泊松比蜂窩夾芯舷側防護結構設計的方法進行了研究,以期提高艦艇隱身性能及生命力。
　　首先

2、,本文綜合考慮強度、剛度、穩(wěn)定性、固有頻率及振級落差等約束條件,提出了三種管線系統(tǒng)支座布局優(yōu)化設計模型及方法:1)管線隔振支座布局優(yōu)化規(guī)范設計方法;2)管線隔振支座布局幾何優(yōu)化設計方法;3)管線隔振支座布局優(yōu)化拓撲基結構法。規(guī)范設計方法根據(jù) ASME B31規(guī)范初步確定支座的數(shù)量,通過幾何優(yōu)化設計支座的間距。幾何優(yōu)化設計方法假定支座總數(shù)目,通過確定各支座的幾何位置坐標實現(xiàn)布局優(yōu)化。提出迭代優(yōu)化算法求解了上述問題,該迭代算法依據(jù)約束條件的

3、滿足情況及步長臨界間距值來確定支座數(shù)量的減少與增加,最終得到較優(yōu)的支座數(shù)目及間距。拓撲基結構法在管線長度方向密集布置一定數(shù)量隔振支座,即拓撲基結構。該模型屬于0-1整數(shù)規(guī)劃問題,本文通過將拓撲設計變量取為支座結構幾何尺寸或者材料彈性模量的方式,將設計變量連續(xù)化,簡化問題描述,以適應更多的優(yōu)化算法。通過算例,研究了不同優(yōu)化目標函數(shù),如支座造價、管線最大下垂或結構應變能等,對優(yōu)化結果的影響,證明了有關模型與算法的有效性和實用性。
　　

4、其次,針對常規(guī)舷側防護結構依賴高性能材料及結構尺寸設計來提高抗沖擊能力,本文提出并設計了一種具有宏觀負泊松比特性的新型蜂窩夾芯舷側防護結構。通過對蜂窩胞元特殊結構構型設計,實現(xiàn)舷側防護結構優(yōu)異抗沖擊性能。利用有限元動力學分析軟件LS-DYNA,通過數(shù)值模擬亞音速反艦導彈對舷側防護結構的撞擊侵入和穿透過程,對比研究了不同蜂窩構型、材料、胞元尺寸、板厚對舷側結構抗沖擊性能的影響。數(shù)值實驗結果表明:蜂窩防護結構具有良好的抗沖擊性能,負泊松比蜂