2010年 第5卷 第5期
为实现将缩比模型在遭受水下爆炸冲击波载荷作用时的动响应特性结果推广到预测原型结构,根据相似理论,讨论了水下爆炸冲击波载荷相似率,并推导了弹塑性结构遭受水下爆炸冲击波载荷作用时的完全几何相似律。以典型舰船板架结构为研究对象,设计若干数值算例,结果表明缩比模型与原型结构之间的能量、运动响应和应力响应吻合较好,说明满足该相似率的缩比模型能够准确预测原型结构遭受水下爆炸冲击波载荷作用时的动响应特性,验证了该相似律的实用性。
从加筋板面板以及加强筋的运动方程出发,分析了爆炸载荷作用下单根加筋固支方板的大挠度塑性动力响应。分析表明：加筋板的运动,取决于加强筋的相对刚度以及载荷峰值的大小,将呈现出3种不同的模式。研究仅限于讨论加筋板的总体变形模式,具体讨论了单向加筋固支方板在忽略弯矩影响下的薄膜解法。得到的理论结果与已有的试验结果在多数情况下符合良好,表明简化理论分析方法能对爆炸载荷下单向加筋固支方板的永久变形做出较为合理的预报。
基于舰船强力甲板结构和接触爆炸工况设计,采用非线性有限元计算方法对在不同炸药量下、不同尺寸的纵桁和强横梁的强力甲板进行接触爆炸数值模拟。分析球形炸药接触爆炸下空气冲击波的压力分布以及对甲板的冲击过程,结果显示强力甲板结构在接触爆炸下呈现出3种破坏模式,并通过定义构件相对强度因子,提出了破坏模式的判别条件,初步揭示舰船强力甲板在接触爆炸下的塑性动态响应特性。
利用波动理论的分析、处理方法,分析了阻振质量对船体结构中振动波传递的阻抑特性,讨论了阻振质量偏心布置对其隔振性能的影响。在此基础之上,突破传统柔性隔振理论的局限,开展双层壳动力舱段阻振质量刚性隔振特性研究,从阻抗失配的角度出发,初步给出了具有高传递损失特性的舱壁及出海管道系统结构形式,为船舶结构声学提供参考。研究结果表明：不同形式的阻振质量增大了船体结构的阻抗失配程度,加剧了振动波在船体结构中的波型转换、散射和反射,显著降低了动力舱段中高频带的振动和声辐射。
基于阻抗失配原理,从波动角度分析了刚性阻振质量阻隔振动波传递的特性,并利用有限元法数值研究了重量及截面形状参数对刚性阻振质量隔振性能的影响。结果表明：刚性阻振质量能有效隔离中高频振动波的传递,且其重量越大,隔振效果越好,而对低频振动波则几乎不起隔离作用;对于矩形截面的刚性阻振质量,适当增大其截面高度同时减小截面宽度,可有效提高刚性阻振质量的隔振降噪效果,这对刚性阻振质量在船体结构减振降噪中的应用具有一定的参考意义。
对尖劈结构的吸声性能进行了实验测试,进而研究了含空腔尖劈吸声结构的吸声性能。根据变截面波导理论建立的吸声系数方程,计算了尖劈结构的吸声系数,讨论了尖劈结构吸声性能随频率、静水压力及空腔结构的变化规律,并将计算值与实验值进行了对比。研究结果表明：随着静水压力的增大,尖劈结构吸声系数曲线的形状基本不变,但其数值有所下降;同种材料不同空腔类型尖劈结构的吸声性能差别较大,在低频段尤为明显,而对于同种腔型尖劈结构,其吸声性能则主要由空腔尺寸决定;对于含空腔尖劈吸声结构,增大空腔尺寸可以使尖劈空腔共振加强而提高其低频吸声效果,但空腔尺寸过大反而会影响尖劈结构的整体吸声效果,这对水下尖劈吸声结构的设计及其在实艇减振降噪中的应用具有一定的参考意义。
采用解析法研究了不同流场中双层圆柱壳层间声振传递特性。壳体的振动用Flügge壳体方程描述,将加强构件等价为对内外壳体的支持力,最后求解双壳体声—流体—结构耦合方程,计算结果用表面振动均方速度级、辐射声功率和辐射效率的形式表示。在数值分析部分,讨论了有限长双层圆柱壳壳间连接形式的变化、壳间及外部流场的变化对其声辐射性能的影响,得到结论是在中低频段,当内壳受激振动,通过外壳向外场辐射噪声时,其主要通道为连接内外壳壳体的实肋板,其次才是环形流场中的流流体介质。
为了研究艏水平舵位置对于艉部流场的影响,将艏水平舵布置在指挥室或主艇体上（分别称为围壳舵和艏舵）。通过对SUBOFF进行数值模拟计算,验证网格划分方式和数值计算方法的正确性,并将该方法应用于围壳舵和艏舵模型。计算结果表明,在采用较好的流线型指挥室的情况下,采用艏舵形式有利于艉部伴流场的均匀性。
针对大侧斜螺旋桨复杂的几何外形和载荷分布,为准确解决其强度校核问题,介绍了两种螺旋桨强度校核方法,传统的悬臂梁法和有限元法。前者视桨叶为变截面的悬臂梁,按正车最大航速时的静态负荷来进行校核;采用有限元法在全速正车和紧急倒车状态时计算叶片的应力应变,重点介绍了紧急倒车过程中作用在桨叶上最大水动力载荷的确定方法。最后通过算例分析,比较两种方法校核同一螺旋桨强度的结果,指出有限元法更适合用于大侧斜螺旋桨的强度校核。
基于对目前环肋圆柱壳应力计算方法缺陷的认识,文中引入了加强棱柱壳体法,推导出环肋圆柱壳静力微分方程,通过将位移以傅立叶级数的形式展开,求出了环肋圆柱壳的位移解,进而得到环肋圆柱壳的应力解。通过算例计算表明,除环肋圆柱壳内表面纵向应力和肋骨周向应力外,用该方法的计算结果与传统方法的计算结果和有限元法结果都相接近,并且纵向应力与周向应力由外到里的变化规律与传统方法也相同。
针对钢悬链式立管的特点,采用了简化后的振动模型,在ANSYS的CAE模块中根据悬链线方程建立了立管的有限元模型,并对立管进行了模态分析。通过对前若干阶模态进行后处理,得到包括归一化振型、斜率以及曲率的模态输入文件,将此模态文件输入SHEAR7中,进行涡激振动分析,计算出立管年疲劳损伤率。计算结果表明：立管的疲劳损伤沿着立管轴线方向呈振荡性质,且最大疲劳损伤出现在边界区域,随着水流速度的增大,立管的疲劳损伤的峰值呈上升趋势。
针对贝叶斯网络方法在处理大规模复杂系统上的优点,结合当前船用锅炉的安全性定量分析特点,提出将贝叶斯网络方法应用于船用锅炉的安全性分析。通过探讨贝叶斯网络及故障树分析方法原理,尝试将贝叶斯网络与故障树分析方法结合起来,主要突出贝叶斯网络方法可以实现数据的自动更新及由后验信息到先验信息的反向推理能力。最后将该方法应用于船用锅炉的安全性定量分析中,通过更新观测部件故障状态实现了整个系统的自动更新,并自动查找出最大概率事件,证实该方法提高了安全性分析效率,使实际操作更加准确、快捷,极大地的降低了事故带来的风险。
为提高燃气轮机的可靠性、可用性以及可维护性而进行的寿命预估与减损控制研究,需要对燃气轮机的关键零部件进行结构特性分析。对舰船燃气轮机涡轮叶片在紧急升工况载荷谱下的应力应变状态进行了三维热流固耦合有限元分析,针对典型载荷谱计算了涡轮叶片应力应变的变化规律,对涡轮叶片材料进行了控制应变试验,为叶片寿命预测提供了必要的参数。根据应力应变分析结果利用Basquin公式和Manson-Coffin公式计算了2个危险点处的疲劳裂纹起始寿命。并根据分析结果对涡轮叶片进行了寿命预测,预测结果可以作为燃气轮机使用维修的参考依据。
DPSA（dynamic PSA）与传统的PSA相比,能够很好的解决包含时间、过程变量以及人员操作行为等动态因素方面的问题。根据船用反应堆设备冷却水系统的原理和运行特点,基于GO法原理创建了操作符互备自投门,并导出互备自投门的可靠性参数随时间变化的状态转移方程,从而建立了设备冷却水系统的DPSA动态计算模型。分析结果表明：该模型可以合理地分析计算设备冷却水系统的不可用度随时间的变化。
为得到建造中的船体在船台上的船体变形数据,基于FBG技术设计了船体在船台上的蠕变和应力松驰现象的监测系统,将该系统布置在实际船体结构上,测量了在船台上受结构蠕变和结构应力松驰现象综合作用所造成的船体结构变形,分析了监测过程中造成船体结构变形的因素,指出应力松驰是主要因素。数据分析表明：利用FBG传感技术进行船体变形长期监测是可行的;船体在船台上存在结构蠕变和应力松驰现象。最后,并基于壳体理论估算了船台上的船体结构的内应力释放速率。
转子发生断条故障后,电机的电流信号中将会出现故障特征频率分量。而基于定子电流信号分析的故障诊断方法可以做成非侵入式,结构简单,数据采集方便,因此是该方向研究的热点。总结了近年来基于定子电流信号分析的转子故障诊断方法,并对进一步的研究进行了展望。
