[發明專利]一種船舶設備高精度沖擊計算方法及系統

在審

• 申請號: 202010536807.2
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111753448A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 馬炳杰;丁建軍;王志剛;王舒楠;閆超群;范國棟
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一一研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種船舶設備高精度沖擊計算方法及系統，包括：步驟M1：通過隔振抗沖元件沖擊剛度試驗測試，獲得元件沖擊特性F?S曲線；步驟M2：在有限元軟件中根據獲得元件沖擊特性F?S曲線，建立準確的船舶設備沖擊計算模型；步驟M3：利用沖擊載荷對船舶設備沖擊計算模型進行載荷施加；步驟M4：對船舶設備沖擊計算模型載荷施加后，對船舶設備進行響應評估；本發明更準確的隔振元件性能參數，隔振器參數不再是線性的或者是常數，而是通過沖擊試驗獲取的考慮了橡膠元件在高應變率下的特性參數。

技術領域

本發明涉及船舶設備抗沖設計研究領域，具體地，涉及一種船舶設備高精度沖擊計算方法及系統，更為具體地，涉及彈性隔振安裝的船舶設備高精度沖擊計算方法。

背景技術

新發布的設備抗沖擊要求中，規定的沖擊載荷相比過去沿用的GJB1060.1《艦船環境條件要求-機械環境》，沖擊能量增大85％以上，沖擊載荷持續時長增加一倍，對設備的抗沖擊能力和沖擊防護設計都提出了更嚴格的要求，需要提升抗沖擊計算方法的精度，以適應更高標準的工作要求。當前船舶設備沖擊響應計算精度不高，其主要原因為：

當前船舶設備沖擊響應計算精度不高，其主要原因為：

1)隔振抗沖裝置中的元件沖擊剛度與實際相差較大。當前隔振抗沖裝置中的抗沖元件多為橡膠產品，與金屬材料不同，橡膠材料具有超彈性和粘彈性特性，在受到沖擊時，橡膠元件的沖擊剛度產生了強非線性，需要由力-位移(F-S)曲線表示。但是由于元件的沖擊剛度需要由沖擊試驗臺架獲取，該臺架的建設、數據采集、后處理方法等難度較高，因此當前計算時，元件的沖擊剛度多采用定值，(一般取動剛度的1.5～2.5倍)；同時，當前大多商業軟件在剛度輸入時，其界面多為定值，難以輸入F-S曲線。沖擊剛度的真實值難以獲取、剛度輸入方法的受限，產生了較大的沖擊響應計算誤差。

2)抗沖元件與基座、中間質量的連接方式與實際相差較大。連接或者接觸是計算的難點，需要在計算過程中通過罰函數進行反復迭代，以判斷接觸狀態。工程設計中，抗沖元件與基座、中間質量是面對面的連接方式，當前商業軟件一般將元件等效為彈簧，彈簧與基座和中間質量的連接采用點對點的方式，該方式可簡化計算工作，提高計算效率。但是點對點的連接方式使得沖擊能量的傳遞與實際的面傳遞相差較大，并使基座和中間質量產生應力集中，給結構設計人員帶來失真信息。

3)限位器等非線性因素考慮不夠全面。因為沖擊載荷較之前的GJB1060標準規定的提高約一倍，在受到沖擊時，船舶設備和元件會產生大變形。為防止大變形對設備產生破壞，隔振抗沖裝置中一般設置限位器、限位螺栓等限制元件。限位元件內部設置限位間隙，在限位間隙內，限位元件不工作，但是在裝置和設備發生沖擊位移超過限位間隙后，限位元件開始工作，產生大剛度，其剛度約為普通隔振元件的10-100倍，由此產生了強非線性并導致設備的二次沖擊，該沖擊能量較大，可嚴重損傷設備。當前商業軟件中大多無法對該強非線性進行模擬，導致計算結果產生較大誤差。

4)沖擊載荷輸入方法與實際相差較大。當前船舶設備沖擊響應計算時，其載荷輸入主要有兩種方法：大質量法和加速度場法。船舶設備及隔振抗沖裝置受到沖擊時，既產生剛性大位移，其自身又產生彈性變形，大多商業軟件計算時多數會因為剛性大位移而結果無法收斂，為解決上述問題，引入大質量法，即人為引入一個質量單元，其重量為設備重量的15倍以上，如此船舶設備及裝置的位移會大為變小，計算可以正常開展。但是在引入大質量后，人為增加了計算過程中離散方程的質量矩陣，同時，隔振抗沖裝置中的元件因受到大質量的影響，其沖擊變形產生較大誤差，導致計算精度不高。加速度場法則將沖擊載荷等效為“重力場”，使整個設備和裝置都受到沖擊載荷，此種方法的計算結果易收斂，但是由于邊界條件的改變，使得計算誤差較大。