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    艦載武器控制臺動力學(xué)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

    2017-03-03 01:09:35焦冀光莊錦程劉文一
    艦船電子工程 2017年2期
    關(guān)鍵詞:頻率響應(yīng)特征向量艦船

    焦冀光 楊 春 莊錦程 劉文一

    (1.91550部隊(duì)91分隊(duì) 大連 116023)(2.北京宇航系統(tǒng)工程研究所 北京 100076)

    艦載武器控制臺動力學(xué)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

    焦冀光1楊 春2莊錦程1劉文一1

    (1.91550部隊(duì)91分隊(duì) 大連 116023)(2.北京宇航系統(tǒng)工程研究所 北京 100076)

    為了研究艦船振動對安裝在其上的武器控制臺的影響,建立了武器控制臺有限元模型,對武控臺空柜和大質(zhì)量儀器安裝在武控臺不同位置時(shí)進(jìn)行了模態(tài)分析和頻率響應(yīng)分析。結(jié)果表明:大質(zhì)量儀器的安裝會改變武控臺動力學(xué)特性,安裝位置不合理會導(dǎo)致武控臺與艦船發(fā)生共振產(chǎn)生超出設(shè)計(jì)值的變形位移。

    武器控制臺; 艦船; 模態(tài); 頻率響應(yīng)

    Class Number E92

    1 引言

    艦船在航行過程會在風(fēng)浪的作用下晃動,表現(xiàn)為低頻高幅振動,這個(gè)振動會傳遞到安裝在艦船上的各個(gè)設(shè)備。艦載武控臺由于其高寬/深比大,分層多,且內(nèi)部安裝有重要儀器,使得其對振動載荷較為敏感。如果艦載武器控制臺的抗振能力差,又沒有采取抗振措施,艦載武器控制臺就會在這些載荷的作用下受損,從而導(dǎo)致艦船失去作戰(zhàn)能力[1]。

    武控臺內(nèi)部一般都有隔板,用來安裝各種的設(shè)備,設(shè)備安裝位置不同會使武控臺動力學(xué)特性發(fā)生變化,為了研究儀器在武控臺不同位置時(shí)的動力學(xué)特性和在外載荷作用下的響應(yīng),有必要對其進(jìn)行動力學(xué)特性分析。

    2 武控臺模型

    某型艦載武器控制臺殼體為鑄鋁,設(shè)計(jì)有三層隔板用來安裝儀器,隔板用螺栓固聯(lián)在柜體上,有一臺重達(dá)26kg的儀器需安裝在這三層隔板或者底板上。

    計(jì)算中劃分實(shí)體單元,使用IsoMesh劃分器,共劃分3626個(gè)單元。隔板與柜體之間采用Connector聯(lián)接方式,用Fastener使兩者之間的節(jié)點(diǎn)聯(lián)接[2]。在設(shè)計(jì)安裝26kg的儀器的位置劃分0維單元,然后將26kg作為集中質(zhì)量,平均分布在這些單元上。柜體底部四角和后背板通過減振器與艦體聯(lián)接,其中柜體底部約束其x和y方向的自由度,而背板聯(lián)接點(diǎn)則約束其x和z方向自由度,計(jì)算有限元模型如圖1所示。

    圖1 武控臺有限元模型

    3 計(jì)算模型

    3.1 模態(tài)分析

    模態(tài)分析主要任務(wù)是求解固有頻率和振型,而固有頻率和振型的計(jì)算是一個(gè)特征值問題,特征值對應(yīng)固有頻率,特征向量對應(yīng)振型。阻尼及外加載荷均為0的情況下,系統(tǒng)的自由振動方程的矩陣形式為

    (1)

    式中:[M]為質(zhì)量矩陣;[K]為剛度矩陣。

    對于線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng),[M]和[K]均為實(shí)對稱陣,方程(1)有簡諧函數(shù)形式的解:

    {u}={φ}sinωt

    (2)

    式中{u}為特征向量或振型;ω為圓頻率。

    將{u}及其微分代入式(2),得到下式:

    -ω2[M]{φ}sinωt+[K]{φ}sinωt=0

    (3)

    上式在任意時(shí)刻t均成立,故可簡化為

    ([K]-ω2[M]){φ}=0

    (4)

    這是典型的特征值問題。上式{φ}有非零解的條件是:([K]-ω2[M])是奇異的,即矩陣系數(shù)的行列式為

    det([K]-ω2[M])=0

    (5)

    或:

    det([K]-λ[M])=0

    (6)

    式中:λ=ω2。

    (7)

    每個(gè)特征值和特征向量決定結(jié)構(gòu)的一種自由振動形式。特征值與特征向量的數(shù)目與動力自由度的數(shù)目相同[3]。

    用式(7)求解{φi}相當(dāng)于求解一組聯(lián)立方程組。由于([K]-ω2[M])是奇異的,故此聯(lián)立方程組為線性相關(guān)的,{φi}有無限組解,即{φi}的矢量方向是一定的,但大小可以任意。這意味著振型的振幅是任意的,但振型的形狀是唯一的。為了便于識別,須將特征向量正規(guī)化至適當(dāng)?shù)拇笮 Y|(zhì)量正規(guī)化方法是特征向量正規(guī)化的默認(rèn)方法,它調(diào)整特征向量個(gè)分量的值使廣義質(zhì)量矩陣等于1,即:

    {φi}T[M]{φi}=1

    (8)

    當(dāng)一個(gè)線彈性結(jié)構(gòu)在自由或強(qiáng)迫振動下振動時(shí),它在任意時(shí)刻的振動形狀是所有模態(tài)的線性組合,即:

    (9)

    需要注意的是一個(gè)特征值問題只能確定特征向量的方向,而不能確定其絕對長度。事實(shí)上,對于振動問題,說模態(tài)向量的方向是由系統(tǒng)的參數(shù)與特性所確定的,即它的振型形狀是確定的,而振型的“長度”,即振幅的大小,卻不能由特征值問題本身,即不能由運(yùn)動方程給出惟一的答案,利用有限元分析技術(shù),則可求解出系統(tǒng)振型[4]。

    3.2 頻率響應(yīng)分析

    頻率響應(yīng)分析是用來計(jì)算結(jié)構(gòu)在振動激勵下響應(yīng)的方法。在頻率響應(yīng)分析中,根據(jù)外載荷頻率求解耦合的運(yùn)動方程;當(dāng)使用模態(tài)阻尼或無阻尼時(shí),模態(tài)法利用結(jié)構(gòu)的振型縮簡和解耦運(yùn)動方程,對各個(gè)模態(tài)響應(yīng)進(jìn)行迭加得到一特定外在頻率的解[5]。

    (10)

    對簡諧運(yùn)動,假定一個(gè)簡諧形式的解:

    {x}={u(ω)}eiωt

    (11)

    式中{u(ω)}為復(fù)位移向量。

    將位移表達(dá)式(11)求一階和二階導(dǎo)數(shù)帶入式(10)得到:

    -ω2[M]{u(ω)}eiωt+iω[B]{u(ω)}eiωt
    +[K]{u(ω)}eiωt={p(ω)}eiωt

    (12)

    上式簡化得到:

    [-ω2M+iωB+K]{u(ω)}={p(ω)}

    (13)

    如果考慮阻尼或外載有相位角,則此表達(dá)式代表復(fù)系數(shù)方程系統(tǒng)。利用復(fù)數(shù)算法,對于每一個(gè)輸入激勵頻率的運(yùn)動方程,可以像靜力問題類似地求解。結(jié)構(gòu)的其他響應(yīng)都可以通過位移向量求出[6]。

    4 計(jì)算結(jié)果及分析

    4.1 模態(tài)分析

    對武控臺空柜狀態(tài)、大質(zhì)量儀器安裝在第一層(底板)、第二層、第三層和第四層時(shí)進(jìn)行了模態(tài)分析,得到了模態(tài)振型和模態(tài)頻率,如圖2和圖3所示。

    圖2 武控臺各狀態(tài)模態(tài)頻率

    圖3 武控臺各狀態(tài)模態(tài)振型位移

    從圖2可以看出,大質(zhì)量儀器無論安裝在武控臺任何一層,均減小了武控臺的模態(tài)頻率;大質(zhì)量儀器安裝在第二層時(shí),前八階模態(tài)頻率最低,而安裝在第四層時(shí),前八階模態(tài)頻率較高,大質(zhì)量儀器安裝在第一層和第三層時(shí),前十階模態(tài)頻率相差不大[7]。

    語音研究應(yīng)該采用相對化和歸一化的數(shù)據(jù),而非絕對的數(shù)據(jù)。(石鋒,王萍2006)據(jù)此得到的研究結(jié)果才會有普遍的意義。因此,聲調(diào)分析全部采用相對歸一的T值計(jì)算(石鋒1990),聲調(diào)T值的計(jì)算公式如下:

    從圖3看出,空柜的第二、四和六階模態(tài)振型位移較大,在第六階模態(tài)時(shí)最大值達(dá)到了0.0653m;大質(zhì)量儀器安裝在一層、二層或四層時(shí),振型位移在第九階模態(tài)時(shí)振型位移最大,其值分別為0.0575m、0.0521m和0.0659m;而儀器安裝在三層時(shí),振型位移在第十階模態(tài)時(shí)最大,其值為0.0703m。

    各狀態(tài)最大振型云圖見圖4??展駹顟B(tài)最大振型位移發(fā)生在第一層;大質(zhì)量儀器安裝在第一層、第三層和第四層時(shí),最大振型位移發(fā)生在第三層;而當(dāng)大質(zhì)量儀器安裝在第二層時(shí),最大振型位移發(fā)生在第四層。

    圖4 武控臺各狀態(tài)模態(tài)振型

    4.2 頻率響應(yīng)分析

    根據(jù)文獻(xiàn)[8],艦船振動頻率一般在5Hz~80Hz之間,艦載武控臺會在這個(gè)振動載荷下發(fā)生振動,若武控臺某階模態(tài)頻率與艦船振動頻率相同,則武控臺會與艦船發(fā)生共振,共振時(shí)會產(chǎn)生較大變形位移,若這個(gè)位移量超過允許值,則會使武控臺破壞失效[9]。分析了武控臺在空置狀態(tài),儀器分別安裝在第一層、第二層、第三層和第四層時(shí)的頻率響應(yīng),計(jì)算時(shí)取激振頻率為0Hz~200Hz,得到了頻率響應(yīng)位移曲線。

    (a)空柜

    (b)儀器在一層

    (c)儀器在二層

    (d)儀器在三層

    (e)儀器在四層圖5 武控臺各狀態(tài)頻響位移曲線

    從圖5可以看出,在艦船振動激勵下,武控臺發(fā)生了振動,振動時(shí)產(chǎn)生的最大位移如表1所示。

    武控臺空柜狀態(tài)時(shí)振動位移最大,其值分布在3.4×10-2~7.5×10-2m之間,超過了設(shè)計(jì)允許值,但這種情況不會發(fā)生。

    當(dāng)儀器安裝在第二層發(fā)生最大位移時(shí),激振頻率為40.3Hz,與其第二階模態(tài)頻率41.26Hz吻合;當(dāng)儀器安裝在第四層發(fā)生最大位移時(shí),激振頻率為27Hz,與其第一階模態(tài)頻率27.3Hz吻合,可認(rèn)為在這兩種狀態(tài)下,武控臺與艦船發(fā)生了共振[10]。

    而儀器安裝在第一層和第三層時(shí),在艦船振動激勵下發(fā)生最大位移時(shí),激勵頻率均不在其任何一階模態(tài)處,可認(rèn)為儀器在這兩種狀態(tài)下不會與艦船發(fā)生共振。而儀器安裝在第三層時(shí),其頻率響應(yīng)位移值整體上均比儀器安裝在第一層時(shí)大,因此將儀器安裝在第一層較為合理。

    表1 武控臺各狀態(tài)振動時(shí)最大位移

    5 結(jié)語

    根據(jù)艦船工作環(huán)境,建立了某型武器控制臺有限元模型,對其在空柜狀態(tài)和大質(zhì)量儀器安裝位置不同狀態(tài)時(shí)進(jìn)行了模態(tài)分析,獲得了固有頻率和相應(yīng)的各階振型。針對艦船搖擺振動,分析了武控臺各狀態(tài)頻率響,獲得了頻率響應(yīng)位移曲線,得出以下結(jié)論:

    1) 大質(zhì)量儀器安裝在任何一層,均可減小武控臺模態(tài)頻率,但安裝在第一層和第四層時(shí),模態(tài)頻率差別較大;

    2) 大質(zhì)量儀器的安裝,減少了較大模態(tài)振型出現(xiàn)的階次,使其從空柜狀態(tài)時(shí)的三次減少為安裝后的一次;

    3) 在艦船搖擺振動的激勵下,武控臺在大質(zhì)量儀器安裝在第二層時(shí)在其第二階模態(tài)處發(fā)生了共振,大質(zhì)量儀器安裝在第四層時(shí)在其第一階模態(tài)處發(fā)生了共振,武控臺與艦船發(fā)生共振時(shí)會出現(xiàn)較大變形位移,這個(gè)位移超過了設(shè)計(jì)值;

    4) 大質(zhì)量儀器安裝在第一層和第三層時(shí),武控臺不會與艦船發(fā)生共振,且儀器安裝在第一層時(shí)其頻率響應(yīng)位移值小于儀器安裝在第三層,因此將儀器安裝在第一層較為合理。

    [1] 程林風(fēng),王敏毅,黃朝學(xué).基于ANSYS的艦載電子機(jī)柜振動可靠性研究[J].四川兵工學(xué)報(bào),2014,35(1):32-33.

    [2] 劉文一.焦冀光.某飛行器復(fù)合材料薄壁加筋結(jié)構(gòu)艙段穩(wěn)定性分析[J].艦船電子工程,2016,36(1):21-23.

    [3] 劉勝,荊兆壽.高海情下船舶減搖控制系統(tǒng)的仿真[J].船舶工程,1995(2):37-41.

    [4] 邱成悌,趙惇殳,蔣全興,等.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].南京:東南大學(xué)出版社,2002:16-18.

    [5] 袁東紅.艦載電子設(shè)備抗沖擊設(shè)計(jì)概要[J].噪聲與振動控制,2013,36(6):2-3.

    [6] 程林風(fēng),王敏毅,黃朝學(xué).基于ANSYS的艦載電子機(jī)柜振動可靠性研究[J].四川兵工學(xué)報(bào),2014,35(1):6-8.

    [7] 龍凱,賈長治,李寶峰,等.Patran2010與Nastran2010有限元分析從入門到精通[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011:76-83.

    [8] 董見.羅建新.甚低頻氣球天線纜繩末端損耗及溫升分析[J].艦船電子工程,2015,35(12):159-161

    [9] 張儀,陳曦.武器裝備試驗(yàn)仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)研究[J].艦船電子工程,2015,35(10):136-138.

    [10] 張登,徐宏斌,張大治,等.基于ADAMS的某型發(fā)射裝置燃?xì)饨怄i機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)仿真分析[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2016(3):11-14

    Dynamics Analysis and Optimum Design Optimization of Shipboard Weapons Control Cabinet

    JIAO Jiguang1YANG Chun2ZHUANG Jingcheng1LIU Wenyi1

    (1. Unit 91, No. 91550 Troops of PLA, Dalian 116023) (2. Beijing Institute of Astronautical System Engineering, Beijing 100076)

    A finite-element model was established to research the effect of vibration of shipboard weapons control cabinets, modal and frequency response were analyzed when the weapons control cabinet was empty and when a heavy equipment was assembled on the different baffle of weapons control cabinet. It proved that when the heavy equipment was assemblyed on the different baffle, its dynamics characteristic would be changed, if the heavy equipment was assembled on the irrational location, the resonance would be generated between weapons control cabinet and ship, and the large displacement would be generated which beyond the design value.

    weapons control cabinet, ship, modal, frequency response

    2016年8月12日,

    2016年9月26日

    焦冀光,女,助理工程師,研究方向:武器控制工程。楊春,男,碩士,高級工程師,研究方向:導(dǎo)彈動力系統(tǒng)總體。莊錦程,男,高級工程師,研究方向:武器控制工程。劉文一,男,碩士,工程師,研究方向:導(dǎo)彈動力系統(tǒng)。

    E92

    10.3969/j.issn.1672-9730.2017.02.036

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