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舰船设备冲击振动的试验分析开题

哈尔滨工业大学

硕士学位论文开题报告

题目：

舰船设备冲击振动的试验分析

院（系）电气学院

学科仪器仪表工程

导师

研究生

学号

开题报告日期2015年10月

研究生院制

说明

一、开题报告应包括下列主要内容：

1．课题来源及研究的目的和意义；

2．国内外在该方向的研究现状及分析；

3．主要研究内容；

4．研究方案及进度安排，预期达到的目标；

5．为完成课题已具备和所需的条件和经费；

6．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施；

7．主要参考文献。

二、对开题报告的要求

1．开题报告的字数应在5000字以上；

2．阅读的主要参考文献应在20篇以上，其中外文资料应不少于三分之一。

硕士研究生应在导师的指导下着重查阅近年内发表的中、外文期刊文章。

本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。

三、开题报告时间应最迟不得超过第三学期的第三周末。

四、如硕士生首次开题报告未通过，需在一个月内再进行一次。

若仍不通过，则停止硕士论文工作。

五、此表不够填写时，可另加附页。

六、开题报告进行后，此表同硕士学位论文开题报告评议结果存各系（院）研究生秘书处，以备研究生院及所属学院进行检查。

1．课题来源及研究的背景和意义

1.1．课题的背景

二战之后，舰船在结构方面的抗冲击力能力得到了显著的提升，不过舰船设备的抗冲击震动能力比较差，尤其是在实战中，一些舰船受到导弹的袭击之后，船体表面并没有损坏。

不过因为设备损坏，舰船失去了战斗力。

为此各国相继的展开了对于舰船设备抗冲击振动的研究，同时利用冲击振动试验来衡量舰船设备的可靠性。

本文也是在这样的大背景下面展开舰船设备冲击振动的试验分析。

1.2．课题研究意义

为了提高舰船的生命力与战斗力，保证船上设备可以安全可靠运行，设备在装船前通常需要进行冲击振动的试验，来预测设备能否适应舰船的冲击振动环境。

二战之后，舰船的总体设计与结构方面的冲击能力已经得到明显的提升，相比之下，舰船设备的抗冲能力比较差。

所以为了切实的提升舰艇的生命力，增加舰船设备的抗冲击能力是亟待解决的问题。

美国在侵越战争之中就有两艘水面舰艇遭受同样的水雷爆炸冲击，一艘没有任何抗冲击措施的舰，虽然爆炸之后船壳并未破损，不过因为装备的损坏，舰船丧失了自救的能力，不得不拖回港口。

而另一艘舰船，所有的设备只是依据一般的经验考虑了一些抗冲击方面的措施，还可以坚持在原战位上。

80年代波斯湾冲突之中美国四艘军舰分别被水雷与鱼雷击中，舰船设备遭受了严重损坏进行导致沉没。

为此美国海军的每一新型军舰都需要进行水下爆炸试验考核，这些实例都说明了装备抗冲击能力对于舰艇生命力的重要性。

其次随着电子技术的快速发展与在舰船上面的应用，装备的复杂程度大大的提高了，同时相互之间的依赖性越来越大，所以对于这些设备的可靠性要求越来越高。

比如动力装置的控制系统、武器装备的控制系统以及导航系统等。

为了使得舰艇具有较高的战斗力与生命力，这些装备的抗冲击性能都是需要具有切实的保证。

舰船装备的抗冲击试验研究,国外己进行的主要工作有:

在冲击试验机上对装备进行冲击条件下“重现损坏”的试验;在水池中作爆炸冲击模拟试验:

在浮动平台上对实际装备做爆炸冲击试验以及利用实船水上、水下的爆炸试验等。

尽管国外已做了不少试验,但他们仍感到冲击是一个很复杂的问题。

对水下爆炸的整个过程及其效应还存在不少有待深入研究的问题,如舰船受到不同武器攻击时,怎样确定有代表性的输入冲击谱:

装备的基座在受到冲击时,塑性效应如何以及装备在受到冲击后运动响应的实际形态等。

目前虽有一些简单的设计规则和大体上可以解决这方面问题的经验公式,但在应用范围和可靠性上仍存在很大的局限性,这样就给舰船装备的冲击防护设计带来了困难。

船舶动力、机械等设备的抗冲击设计方法归纳起来不外乎两大类:

一类是以设计计算为基础,即依靠大量的试验结果进行统计分析,从而得出试验公式并以此作为设计依据;或是利用动力学理论为指导,将装备按质量、弹簧、阻尼系统模型化,根据动力学原理建立运动方程式,然后进行系统激励和响应计算。

实际上,由于冲击运动的性质不同,动力分析设计方法还可以按冲击性质作进一步的分类,如速度阶跃、规则形冲击等。

另一类设计方法则是建筑在试验的基础上,即将试验性设计的装备放在强碰撞试验机或浮动平台及实船上,在模拟或实际冲击条件下承受综合性冲击效应的考验以便解决在试验性设计中无法作出判断的抗冲能力方面的问题。

因为一些简单的设计规则和经验公式在应用范围和可靠性上还存在不足,所以至今美国和北欧的一些国家把进行各种冲击试验看成是确定舰船设备抗冲击性能“唯一”可靠的方法,并通过试验总结了有限的一些规则。

国外所以还要用试验来对装备的耐冲击能力作出鉴定,主要原因首先是很难从理论上确定装备的输入负荷,其次是通过试验可以预先看到冲击的最后结果,从而避免应用理论计算或理论分析的办法来估计冲击响应和装备的损坏情况。

只有当某项设备由于重量和尺寸的关系无法进行实际试验时,抗冲击设计才采用动力分析法。

总之,为了全面提高舰船的生命力,利用冲击振动试验来考核舰船设备在实际运行中的抗冲击能力是非常必要的。

2．国内外在该方向的研究现状及分析

2.1．国外研究现状

自从第二次世界大战以来，水下非接触爆炸对于舰船破坏作用的问题，在美苏等主要的海军国家受到了高度重视，曾投入大量的人力、物力、财力进行模型与实船试验研究，也开展了很多理论上面的探讨与研究。

目前，战役或者是在建的一些舰艇，总的来说，存在船壳的抗冲击能力比较强而装备抗冲击能力显著不足的情况。

这样的基本状态可以从曾经进行过的一些水下武器爆炸威力试验中得到一定程度的证实。

依据爆炸试验后舰用装备暴漏的情况来看，除了装备自身存在不少的问题，另外管路连接、仪表以及设备的安装、抗冲击措施等方面的问题也是比较突出的。

水下爆炸对舰船影响的试验研究工作，各海军发达国家差不过具有七八十年的历史。

早在二三十年代，德国与美国的一些研究人员曾经陆续的发表过有关气泡膨胀、汽包脉动等试验测量与理论分析文章。

二次大战前，德日美等国除了理论研究之外，还利用模型进行了舰艇实际攻击的模拟试验，以便使得舰船的防护设计更加切合实际。

这一方面的研究结果综合体现在二次大战中的一些有名战斗舰艇上，如美国的中途岛级舰,德国的傅士麦级袖珍巡洋舰以及日本的大和号舰等。

二次大战期间,由于非接触爆炸对舰船及其装备引起了冲击破坏,各主要交战国都大力开展了水下爆炸的研究,从而使冲击理论和冲击防护向前迈进了一大步。

战后,美国水下爆炸的试验研究己由水池中的模型研究扩大到了试验平台上用实物来进行,以及用大批报废舰船进行实际的空中爆炸和水下爆炸试验。

美国海军在太平洋比基尼群岛对从日本俘获的大量舰船进行了一系列爆炸冲击试验，并且进行了系统的理论研究。

在试验研究的基础上，美国海军船舶局对装备冲击设计规范作了审查和修订，根据冲击谱的概念制订了新的设计方法，并将舰船机器、设备、系统强撞击冲击试验规范作了修订，以后又陆续进行了修改工作。

1973年美国又建成了当时世界上最大的浮动冲击试验平台。

平台的尺度为15.3x9.3K5.5米，被试设备最大尺寸可达14x.79X98米，重量可达180吨，所用炸药量比重型设备试验平台大了五倍（13k6g）。

平台建成后在当年的几个月里就进行了十余次试验，试验的结果表明，当设备的重量为80吨时，浮动平台甲板上可以提供4.3米/秒的冲击速度阶跃和近于1009的冲击载荷输入。

因为从舰船设备的设计到成品的试验验收有了完整的一系列规定，舰船设备的抗冲性能得到了确实的保证。

美国在这方面的工作居于领先地位，各国在舰船装备的冲击试验和抗冲击设计方面均取得了新的成果和进展。

1993年秋季，意大利海军和美国海军在靠近意大利斯塔西亚市的地中海区合作进行了一个全尺度的水下爆炸试验，该试验是在一艘退役的驱逐舰上进行的。

其目的是为了获得试验数据来验证舰船设备受冲击振动的损伤评估模型。

2.2．国内研究现状

因为我国的造船业起步比较晚，舰船设备的抗冲击振动能力远远低于美、英、法、德、日等舰船技术发达的国家。

为了有效的提升我国舰船设备的抗冲击振动能力，增强舰船的生命力与战斗力，也是为了提高我国国防的科学技术水平，我国从上世纪60年代开始舰船抗爆抗冲击的研究工作，一方面建立舰船结构模型水下爆炸试验水池与冲击实验室来展开试验研究工作，另一个方面利用我国核空爆炸试验的条件，开展了舰船结构与装备的核效应试验研究工作。

1980年和1981年又进行了两次实船水下爆炸试验。

已有的研究成果转化成标准、规范和规则。

2.3国内研究综述

通过上面的分析我们可以知道，由于国外发达国家舰船发展历史比较长，对于舰船设备振动试验研究也是比较早的，得到了很多的理论结论与试验的数据。

我国在这一方面起步比较晚，还有很多的工作值得去做。

为此本文将仅选择水下爆炸对舰船设备冲击响应的试验，舰船电子产品的振动试验两个方面展开有关的试验研究，为我国的舰船设备冲击振动的试验分析提供些许力量。

3．本文主要研究内容

本次研究将会分析引起舰船设备冲击振动的原因：

空中爆炸、水中爆炸以及自身武器发射时候具有的反冲力都会对于舰船设备产生冲击作用。

舰船上面的螺旋桨、主机以及辅机都会引起舰船设备的振动。

同时还件利用二维切片法以及水弹性理论重点分析引起冲击的重要因素--水中非接触爆炸产生的气泡脉动压力对于舰船总体的影响，为了提升设备的抗冲击设计需求提供理论依据。

在水池中对舰船模型作模拟爆炸冲击试验,从试验结果来看,舰船的冲击特性随高度的不同而不同,底舰部位船体运动的高频分量,随着冲击通过船体的构件向上传递,很快衰减。

为此,提出一系列的抗冲击设计要求。

在实验室中对舰船电子产品进行振动试验,通过对整机、元件的振动试验,发现共振对产品的危害最大,提出在产品设计时不仅要考虑其性能和功能,同时还要考虑产品本身的结构、工艺和内部构件的安装,从而避免在振动环境下产生共振现象。

4．已完成的研究工作

了解了国内外对舰船电子设备振动试验标准的制定,在一些国家的舰船电子设备标准及规范中,从内容和技术指标,包括共振检查频率范围、稳定性试验中幅值的大小、振动方向和试验时间,或多或少参考了美国MLI军用标准。

充分的掌握了国内外舰船机械设备冲击试验的标准,各国对冲击试验中设备分类、试验类型、冲击加速度幅值、冲击脉冲波形和时间都做了具体的规定。

5．研究方案及进度安排，预期达到的目标和取得的研究成果

5.1．研究方案

在舰船设备的冲击试验设计，分析水下爆炸对舰船设备冲击响应的试验结果，最后提出舰船设备抗冲能力的设计要求。

在舰船电子产品的振动试验部分，分为整机类与元件类两个部分。

在整机类部分，分析了杆形产品与箱形产品两个类型，将分析在振动冲击下面的结果，提出有关的设计要求。

在元件类部分，分为印刷线路板、管脚式元件、圆柱式元件、导线以及紧固件等五个部分。

将分子这五个部分在振动冲击环境下面的试验结果，提供试验的数据。

5.2．预期达到的目标和取得的研究成果

通过对舰船设备冲击试验的分析，对舰船设备的安装设计提出具体办法:

重型设备自身减轻冲击，即可将轻型设备安装在重型设备上；轻型设备尽可能安装在舱壁上或甲板上，而不要装在壳体上。

各装备之间应留有足够的空隙，以免冲击时相互碰撞造成损坏:

为了防止在冲击条件下相对运动带来过高的应力，管路要采用弹性连接；复杂电子设备的导线，在连接是应具有足够的柔性和间隙以适应位移带来的影响；设备与基座之间选择合理的弹性阻尼元件来进行隔冲；对需要调准的机械基底和紧固螺栓，基座和设备应设计在弹性范围内等。

通过对整机类、元件类电子产品的振动试验分析，不论整机还是元件，在最初设计时不仅要考虑其性能、功能，而且还要着重考虑到设备本身的结构、工艺和内部构件的安装，从而尽量避免在振动环境下产生共振现象，提高设备在实际工作的可靠性和寿命。

5.3．进度安排

2015.8.10确定论文题目，收集国内外研究现状

2015.10.03确定主要研究方向，准备试验台搭建，撰写开题报告。

2015.11.20确认试验目标，主要研究方案，进行试验研究

2016.01.25撰写论文

6．为完成课题已具备和所需的条件和经费

7．

了解了美国国防部颁布《船用设备的机械振动标准》、日本、前苏联以及英国舰船电子设备的振动试验标准等。

详细的掌握了我国舰船电子设备振动试验标准。

7．主要参考文献

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