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柴油机水下爆炸的强度4632299永利皇宫网址_首页欢迎您

发布于:2022-07-02 20:16
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      冲击是指系统在相当短的时间内(通常以毫秒计),受到瞬态激励,其位移、速度或加速度突然发生变化的物理现象。在海战中,海军舰艇不可避免地会受到水中兵器的攻击,承受冲击作用。一次世界大战中,西方海军意识到舰船抗冲击的重要性,即开始该领域的研究。马岛战争暴露出舰船抗冲击能力不足的问题,使得西方海军冻结了舰艇的建造计划,在执行一系列提高舰艇抗冲击性能的补救措施后才恢复正常,并要求首制舰必须进行实船抗冲击试验。由于民用船舶在战时往往被征召成运输船,受到水雷攻击的可能性很大,在建造时也应该考虑抗冲击性能。因此,舰船的抗冲击性能4632299永利皇宫网址_首页欢迎您研究是一项普遍性强、意义十分重大的工作。
      国外试验表明,舰载机电设备往往比船体结构更易于遭受冲击破坏。国外制定了设备抗冲击标准,比较典型的有德国的BV043/85和美国的MIL901D,并随着水中兵器威胁的增加而不断地提高要求。国内也制定了相关的标准,但由于经费不足的原因,对设备抗冲击性能的研究和实际执行力度都没有国外深入,存在相当的差距。舰用柴油机是舰艇的动力来源,要求柴油机具备较高的抗冲击性能。因此,舰用设备和柴油机的抗冲击性能研究不仅具有开拓性,而且具有紧迫性。
      柴油机抗冲击研究有试验考核和仿真计算两种途径。由于试验经费和试验规模的限制,试验考核的方法存在一定的局限性。随着计算机仿真软硬件技术的发展,仿真计算的途径越来越受到重视。试验表明,柴油机的固定件是水下爆炸冲击的薄弱环节,开展柴油机固定件在冲击情况下的强度仿真分析具有现实意义。
      实际水下爆炸发生的冲击激励是不规则的、较为复杂的冲击力或冲击加速度。
      因为实船爆炸的冲击载荷不能再现,所以考核设备的抗冲击能力需要标准的冲击载荷,通常用比较容易实现的波形,如脉冲、阶跃、三角波或半正弦波代替。这些波形等效于机电设备的实际安装环境,在环境试验中广泛应用,并列入国家标准,通常有峰值Ao(一般用多少个“g”表示)、脉宽(单位为ms)和波形三个特征参数。
      实际冲击激励的标准化可以通过冲击响应谱(shock response spectrum,SRS)换算成双正弦波。
      综合考虑模型规模控制在可计算范围之内、在后续工作中能够进行冲击机试验和研究机型具有代表性等因素,本文选用某6缸V型机作为仿真研究的对象,通过研究柴油机主要固定件的冲击问题,探寻冲击仿直的方注。
      首先,利用三维CAD (computer aided design)软件建立柴油机主要固定件的实体模型,包括机体、飞轮壳体和机脚。然后,忽略机体内油路、水腔等细小特征得到简化模型,并划分四面体网格,使用ABAQUS求解器模拟冲击,此时单元格式宜选用C3D4单元。最后,将网格文件导入ABAQUS有限元软件中,并利用tie关系装配各个部件,形成装配模型,部件之间暂不考虑螺栓连接。其中飞轮壳体划分58 373个单元,机体划分341 884个单元,机脚划分139 873个单元,机脚和机体接触部分的网格单元相对较细,装配模型共有单元540 130个。
      柴油机有成百上千个零部件,现阶段实现完整的仿真尚有难度,需要突出重点,对模型作一定的简化处理。上世纪80年代初我国进行的一次实船水下爆炸试验,当时主机的机脚振裂,某些外挂件基座也振裂。柴油机返厂检查,曲轴等运动机构的各项指标都在出厂许可范围之内,磁力探伤也没有发现裂纹。因此,本文首先重点考虑柴油机主要固定件的抗冲击4632299永利皇宫网址,将运动件(曲轴、飞轮等)简化为等效质量,加载于主轴承座上。


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