冲击载荷作用下舰艇管路系统全局参数灵敏度分

期刊论文

振　动　与　冲　击

第26卷第3期

JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK

Vol.26No.32007　

冲击载荷作用下舰艇管路系统全局参数灵敏度分析

陈　刚,　汪　玉,　毛为民,　李兆俊,　吴广明

1

2

3

1

4

(11海军装备研究院博士后工作站,北京　100073;21海军装备研究院舰船论证研究所,北京;

31海军工程大学振动噪声研究所,武汉;41中国船舶重工集团公司第701研究所,上海)

　　摘　要　为了分析影响舰艇管路系统冲击位移动响应的主要因素,进而为保证管路系统冲击载荷作用下的安全性

提供措施建议,采用Sobol’法对冲击载荷作用下一个二维的管路系统材料的弹性模量、密度,管壁厚、内径,以及支承刚度及位置,冲击作用间隔时间等参数进行了全局灵敏度分析,得出了单个或多个参数联合对管路系统冲击位移动响应的影响,并甄别出影响管路系统冲击动响应的关键参数。

关键词:冲击动响应,管路系统,全局灵敏度,动力有限元法,Sobol’法中图分类号:O3035　　　文献标识码:A

　　战场环境条件下,舰艇不可避免地会遭到各种水

中兵器的攻击。其中非接触水下爆炸导致的强烈的冲击载荷会使舰艇内部的机电设备、人员、武备系统等会出现大面积的冲击破坏,特别是管路系统,极易遭到冲击损伤,导致舰艇战斗力和生命力降低。美国海军海上系统司令部(NAVSEA)水下爆炸试验的数据和经验的基础上,此,。

目前,,主要考虑的是以下问题:管材质、设计压力和强度、空间布置、流速、防火防污防腐、阀件设计、挠性管件设计、支承件设计及液压强度试验和密封性试验等。其中,挠性接管和支承件的设计在管路系统抗冲击问题中的地位和作用逐渐得到加强。但是,舰艇管路系统抗冲击设计仍不规范。例如,在技术设计阶段,设计单位对于大型管路系统(如主机进排气管)虽然会考虑使用挠性接管及支承件,但由于没有成熟可靠的设计方法和手段,目前挠性接管及支承件的设计主要根据经验进行,挠性接管及支承件的物理参数的选择缺乏足够的依据,其位置仅反映在原理图中,施工设计时根据实际放样还会有一定的调整;而对于小型管路系统,其支撑的形式、参数、位置和数量等则由船厂现场解决。

舰艇管路系统分布范围广泛,遍及全船。影响管路系统冲击动响应的参数也很多,除了复杂的外部冲击激励(具有多点、多相位、多幅值、多频段的特点)外,还有管路支撑的位置、刚度、阻尼,以及集中质量的大

[1]

小和位置等。在工程中,管路系统还可能包含有一些不确定的参数(如不重要的支承的刚度、阻尼等)。此外,目前我国还缺乏必要的舰艇冲击环境数据,对舰

收稿日期:2006-04-28　修改稿收到日期:2006-06-07第一作者陈　刚男,博士后,1974年4月生

艇管路系统的冲击载荷还缺乏规律性的认识和了解。

。

,对包括挠性、安装位置和数量等)对管路系统的冲击动响应的贡献和影响的大小(即灵敏度)进行研究是必要的。因此,本文提出了用参数灵敏度的分析方法应用到冲击载荷作用下的管路系统中,建立了管路系统冲击载荷作用下的理论模型并进行了参数灵敏度分析,从而得出一个或多个参数联合对管路系统冲击动响应的影响,并甄别出影响管路系统冲击动响应的关键参数。

1　管路系统冲击动力学理论模型

舰艇管路系统冲击载荷作用的动力系统模型如图1所示。模型由输入、动力系统和输出构成。本文将讨论的参数作为不确定参数,存在于输入和系统这两个环节中

。

图1　动力系统模型

实际的舰艇管路系统空间分布广,形状复杂,在建

立动力学方程时,系统的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵不易直接给出。本文主要目的是探讨参数灵敏度的分析方法在冲击载荷作用下的管路系统中的应用,关注的重点是概念和方法,为便于数学处理,因此本文首先从简单的管路系统模型入手。考虑图2所示的管路系统模型,它简化为平面内只考虑弯曲变形的梁模型,采用动力有限元法建立该系统的冲击动力学模型。0

期刊论文

46振动与冲击　　　　　　　　　　　　　　　　　　2007年第26卷

端固支,3端自由。为简便起见,设管路为空管。由于在冲击载荷作用下,结构将在很短的时间内达到最大响应,在如此短的时间内,结构阻尼还来不及吸收很多能量,因此,阻尼在控制结构的最大响应中所起的作用显得不太重要,因此管路系统模型采用了无阻尼系统

[2]

的模型。

图2　管路系统及其有限元模型示意图

:

u1u2u3u4u5u1u2u3u4u5(ug1-u2)k1(ug2-u3)

　　m

+=

00

(1)

少的系统模型中。

全局灵敏度分析也常被称为概率灵敏度分析,这种方法是基于参数的实际概率分布,考虑了参数的梯度和概率分布。它的特点是:因素变动范围可扩展到整个因素定义域;各因素的变化范围允许不同并且可以同时变化;不受模型限制,能够对非线性、非叠加和非单调模型进行研究。全局灵敏度分析方法主要基于MonteCarlo方法,可以同时摄动所有的输入参数,克服了局部灵敏度分析没有考虑输入参数之间的交互作用对目标函数的影响效果的缺点。因此能够正确地反映 …… 此处隐藏：11531字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……