舰船机械设备冲击标准浅谈.pdf
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1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/舰船机械设备冲击标准浅谈舰船机械设备冲击标准浅谈马纶宇王成刚沈荣赢土 海交通大学振动冲击噪 声研究所一、舰船冲击环境舰船在其服役期内不可避免会面临冲击环境问题,它直接关 系到舰船在战争中的战斗力和生命力,必须加以认真对待。早在第一次世 界大 战期间,美国海军就制作了冲击试验机,用来考核舰船机械 电器设备抵抗 由 自身武器发射 时反冲力造成的冲击破坏的能力。在第二次世界大 战初期,美国军舰 由于舰上大炮发射产生的冲击而 造
2、 成 舰 载电器设备和 机械设备出现故障、发生破坏,技术人员为了解决这类冲击损伤的问题,开始研 究冲击响应和冲击隔离问题。年美国海军舰 船 建造 局尸,组织专题研讨会,研究包括战列舰、巡洋舰、驱逐舰、潜艇和扫雷艇等在 内的舰载电器设备和机 械 设 备冲击 破 坏。在这 次研讨会 上,。冲击和 振 动手册两位编者 之一,阐述了英国和 美 国进行的舰船冲击试验情况,美 国海军舰船 建造局的作了冲击设计 的报告,二,由此而开展的大规模的舰船机械设备抗冲击试验和冲击隔离设计理论研究则开始于年。第二次世界大战结束后,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
3、 系统 的理 论研究。美国海军自年开 始正式召开第一届冲击和振动研讨会,匀,并从年月第届起美国 国防部成为这一研讨会 的主 要资助者,年月一日由泰勒研究中心水下爆炸研究部召开 了第六十届冲击和振动研讨会。这里,报告几位在冲击研究方 面著名 的人 物以及 他们的工作。,上面已经提到他是美国海军舰船建造局的,著有舰船设备抗冲击设计者指南一一,他的专题文章,叮,发 表 在上,他指出实际的舰船冲击可以视为是一个等速 度 冲击,至少 在刚开 始的秒内是这样的。并第一次提 出了用阶跃速度法来进行 冲击隔离设计的计算方法。,他是美国海军泰勒船模试验室冲击部主任。他 的著 名文章一,发 表在上,提出了舰船冲击
4、运动的计算公式。,他是美国旧金 山海军造船厂的 造船工程师,自年以来曾对 美国级核潜艇及一级 各型 舰 艇上 的主要装备作过冲击试验,并提出过专门报告。发表在几么之舒,上的了夕,基本上反 映 了美国海军的官方意见。文章给出了舰船机电设备冲击速度的大致范围,很有参考价值。尸,他是美国海军部防护部 部长,他的尸。,发表在 环境 工程 师 学 会的年年会上。文章提出了舰船各部分的冲击速度的不同分布情况。据和“”等 刊物报道,马岛战争中英国巡洋舰被一颗飞鱼导弹击中便导致沉没。在年代波斯湾冲突中美四艘军舰被反 舰 导弹击中,、护、分别被水雷和 鱼雷击 中,都没有受到致命伤害 1994-2010 Chin
5、a Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/年月噪声与振动控制第期导致沉没。这与美国海军每一新型军舰均需进行水下爆炸试验考核。一般讲,舰船的冲击源有三个一是接触性爆炸,如遭受导弹、激光炸弹直接攻击,造成舰体损伤及设备损伤二是水中非接触性爆炸,如遭受声纳水雷爆炸的冲击,主要 破坏舰载设备三是自身武器发射时反冲力造 成的冲击,也会影响到舰载设备的正常运转。近 二十年来,随着水 中兵器的发展,水中爆炸所形成的爆炸当量、冲击持续时间均 明显增加,而且命中率提高后,对舰船设备的威胁更为严重。因此,舰载设
6、备的冲击隔离技术及抗冲能力与舰船的生命力直接有关,故受到各国海军足够的重视。显 然,提高抗冲击保护 的能力已经成为现 役及新型舰船的重要战术性能 目标,为此冲击环境研究 和冲击标准的制定及修改,新型冲击隔离器的设计和制造,舰载设备抗 冲击装 置的 冲击响应的理论建模和计算方法成为海军建设中一个主要的研究任务。舰船冲击环境 的特征可以描述 为 在相当短的和弹性支承系统固有振动周期相比时间内。作用在 系统上某一个 突然 的挠动,即冲击,这个挠动可以是力,也 可以是运动 位移、速 度或加速度。冲击的特点冲击作用时,动能传递到 系统的时间很短。冲击激励函数是非周期性的,变化无常的。在冲击作用下,系统所
7、产生的运动为瞬态运动,而振动一般是周期性的,系稳态振动。在冲击作用下,系统的运动响应与冲击作用持续 时 间以及 系统 的固有频率或。周期有关。系统对冲击作用的响应 可以是位移,速度或加速度 在冲击作用持续时 间内与作用结束后是不同的,前者称初始响应,后者称残余响应。为了模拟 舰船机械设 备的冲击环境,美 国海军早 在年就制定 了 军 用规 范规定了船用机器、设备和系统强碰撞击冲击试验 的要求,用来考核 舰船设备抗 冲击能力和作为舰船设备的验收标准,并且于年更新为,年又更新 为。随着规范的更新,被进行冲击考核 的舰船设 备重量等级越来越大。二、舰船机械设备冲击标准由于不可能精确地确定舰艇在战斗时
8、可能遇到的冲击环境,因而世界各国大都采用经验的冲击试验方法来模拟 实际的冲击环境 如美国的材了一一等。凡设备通过了冲击试验,即表明它能承受未来海军实践中的严酷条件。所以在 美国军标一一中,中 明确规定凡设备通过 了冲击试验,也就符合了冲击环境的要求。对于那些过重、过大的不能进行试验的设备,则应通过理论分析来确定其冲击载荷。需要注意的是舰船设备的设计应考虑到冲击作用下的垂 向、横向和纵 向运动的惯性力和变形。我国在年制定 和颁 布了一电子电工产品基本环境试验规程,冲击试验导则,其中对典型冲击环境下的冲击峰值加速度、冲击持续时间、冲击谱以及冲击脉冲的波形特性等都作了详细的描述,可供设计时参考。四十
9、多年来,美国、英国、德国等西 方国家的海军相继制定、修改了船舶 的机械设备冲击环境标准。我国在年和年制定了冲击军标,现将国内外有关船舶机械设备冲击试验环境和冲击标准列成表。工程上自然界的冲击激励波形是复杂的,因此 用以描述冲击激励的函数也是复杂的。为了便于研究分析,通常将复杂的波形简化成几种理想的、形状规则的脉冲波形,如半正弦波、锯齿波 根据峰值位置不同,又可分成前峰锯齿波、对称和后峰锯齿波三种、正矢波又称倒正弦波、矩形波等等,用来描述设备在各种不同的实际安 装使用环境中所承受的冲击载荷,其中半正弦波、后峰锯齿波和梯形波三种冲击脉冲 由于比较容易产 生,因此在冲击环境试验 中被广泛使用在规范和
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