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艦船現代沖擊理論及應用

艦船現代沖擊理論及應用

定 價:¥45.00

作 者: 汪玉, 華宏星著
出版社: 科學出版社
叢編項:
標 簽: 船舶 水下爆炸 沖擊試驗 研究

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ISBN: 9787030158369 出版時間: 2005-12-01 包裝: 精裝
開本: 16開 頁數: 254 字數:  

內容簡介

  本書系統(tǒng)介紹水下非接觸爆炸沖擊環(huán)境下,艦船及設備沖擊響應特性仿真分析理論與實踐。全書共分10章,包括緒論、沖擊輸入的時域和頻域表示、沖擊響應特性分析、譜跌和動態(tài)設計法的主模態(tài)理論、多剛體-彈性體的子結構建模方法、抗沖擊設計的有限元縮聚建模、GAP單元在非線性建模中的應用、沖擊脈沖和沖擊譜的數據分析方法、沖擊試驗機和沖擊脈沖的確定、艦船水下爆炸沖擊等。本書的顯著特點是:在空間上,將水、船體結構、艦載設備等綜合在一起,船體結構強度和設備響應計算直接放在沖擊環(huán)境之中;在時間上,考慮了爆炸沖擊過程和船體彈塑性變形過程的連續(xù)性;在理論方法上,綜合了理論、試驗和數值方法,但以數值方法為主。本書內容全面,取材新穎,注重方法,實用性強。除系統(tǒng)敘述艦船及設備沖擊響應特性仿真的相關基本概念、基本方法外,作者還注意結合親身實踐體會介紹應用實例和國內外的有關最新研究成果。 本書可直接指導艦船及設備沖擊響應特性分析和防護設計,還可作為高等院校船舶工程、輪機工程等專業(yè)以及航空航天、地震、爆炸等領域里的高年級學生和研究生的教學用書,對廣大從事爆炸沖擊動力學分析、研究、應用和開發(fā)的科研人員也有較大的參考價值。 前 言 現代艦船在海戰(zhàn)中必然會面臨非接觸爆炸引起的沖擊破壞問題。隨著導彈、激光炸彈和水中兵器的發(fā)展,爆炸當量和沖擊持續(xù)時間明顯增加,精確制導技術使武器命中率大大提高,艦艇的沖擊環(huán)境更為惡劣。在非接觸爆炸沖擊環(huán)境下,即使艦艇結構處在安全半徑之內,艦載主要機電設備和武器電子設備也可能由于承受過大的加速度或位移而遭到破壞,從而喪失戰(zhàn)斗力,處于被動挨打的局面。因此,開展艦艇艇體結構及設備在非接觸爆炸作用下的沖擊破壞機理及抗沖擊性能理論和試驗研究,對提高艦艇的生命力和戰(zhàn)斗力是至關重要的,具有重大的現實意義和軍事應用價值。在這個學科領域,我國目前還缺少有針對性的理論書籍。本書的出版,希望能對我國的艦艇抗沖擊性能分析評估、防護設計、理論試驗研究、工程應用和教學等起到推動作用。 從水下爆炸作用下艦船及設備的沖擊響應的物理過程來看,是從外到里的連續(xù)過程,炸藥爆炸產生沖擊波、形成氣泡脈動,然后傳遞到艦艇結構,進而作用到艦載設備。為了使讀者能夠從簡單到復雜,更直觀地理解,本書采取從里到外的描述方法:從艦載設備及支撐簡化為一個單自由度系統(tǒng)的受基礎激勵的沖擊問題開始。 按上述思路,本書的第1章為緒論,對沖擊現象、沖擊特點、抗沖擊研究意義、抗沖擊的研究歷史以及最新發(fā)展做了全面的論述。 本書的第2章到第4章是現代沖擊基本理論。從單自由度系統(tǒng)開始,討論沖擊信號的時域和頻域分析方法,沖擊問題和振動問題的區(qū)別,沖擊響應譜的特性分析以及如何根據沖擊響應譜的特性設計沖擊隔離器,然后逐步進入到二自由度和多自由度系統(tǒng)。從二自由度系統(tǒng)的沖擊問題和單自由度系統(tǒng)的沖擊問題的區(qū)別引出譜跌的概念,以及由此產生的動態(tài)設計分析方法(DDAM法),在詳細推導基于模態(tài)理論的設備抗沖擊動態(tài)設計DDAM方法的基礎上,還討論了該方法的最新進展。 第5章是關于多剛體-彈性體和子結構相結合的復雜剛-柔耦合隔離系統(tǒng)的建模方法。沖擊響應的多剛體方法是一種經典的方法。當基礎是剛性時,該方法計算設備的沖擊響應是足夠精確的。但是,當基礎被考慮為彈性體時(如較大的艦艇最低頻率只有1~3Hz左右),則必須考慮譜跌的影響。因此,針對這兩種情況,重點討論了將設備和彈性基礎連成一體的多剛體-彈性體和子結構相結合的復雜剛-柔耦合隔離系統(tǒng)的建模方法。 第6章是抗沖擊設計的有限元縮聚建模方法。為了考慮基礎彈性變形引起的譜跌的影響,除了上面的多剛體-彈性體和子結構相結合的復雜剛-柔耦合隔離系統(tǒng)的建模方法外,提出了整船全局系統(tǒng)建模方法:即將設備安放在船體模型上,同時考慮艦艇的基本結構模態(tài)響應,以及設備和船體之間的相互作用,建立包含主要設備在內的整船虛擬沖擊模型。這種方法所建立的模型一般規(guī)模很大,初始模型存在著大量的局部模態(tài)。針對這一問題,本章討論了幾種矩陣縮減方法和相應的迭代計算格式,包括(1)基于剛度矩陣子矩陣普通逆的迭代法;(2)基于矩陣廣義逆的迭代法;(3)基于子空間迭代的動力縮聚法,并探討了主自由度的選擇和局部模態(tài)的消除的精確性和完備性問題。 第7章研究了由限位引起的非線性沖擊碰撞問題。為防止變型過大,艦船設備安裝的隔振器通常還使用限位器。限位器在沖擊過程中的響應是強非線性的,必須加以考慮。本章以艦艇典型的管道系統(tǒng)中的泵為例,探討了限位器在沖擊過程中的非線性特性、有限元建模方法、非線性沖擊響應計算分析方法以及限位器間隙對沖擊響應的影響,從而對因帶有限位器而出現二次沖擊的典型艦船機電設備隔沖系統(tǒng)的沖擊響應分析進行了有益的嘗試。 第8章和第9章討論了當前最新的沖擊試驗技術、沖擊響應數據的處理方法以及沖擊試驗設備。其中重點討論了用沖擊響應數據確定沖擊譜的數字分析方法和測試方法,以及如何由沖擊譜確定沖擊輸入的方法。 第10章首先討論了流固耦合水下爆炸的各種數值模擬分析方法的最新進展,然后詳細推導了高頻和低頻雙逼i~DAA理論,包括DAA一階近似方法和DAA2二階近似方法。再通過濕表面流固耦合方程將水下爆炸過程和船體結構聯(lián)系起來,從而形成了一個系統(tǒng)的艦船結構及艦載設備抗沖擊理論分析體系。 最后,本書以美海軍某驅逐艦為實例,詳細介紹了抗沖擊理論體系的實際應用,其中重點討論了各種計算和實驗之間的誤差分析方法及應用。 本書所描述的現代艦船及設備沖擊仿真實驗理論和方法的特點可以概括為 (1)在空間上,水、船體結構、艦載設備等綜合在一起,船體結構強度和設備響應計算直接放在沖擊環(huán)境之中,由二維空間進入到三維空間。 (2)在時間上,爆炸沖擊過程和船體彈塑性變形過程是連續(xù)的。 (3)在理論方法上,綜合理論、試驗、數值方法,但以數值方法為主。 本書是作者近十年來研究工作的總結,希望對艦船領域有關工程技術人員開展沖擊防護研究試驗工作提供有益的指導和幫助。本書所描述的基礎沖擊激勵下的沖擊理論,對航空航天、地震、爆炸等相關領域都有重要的參考價值。本書還可以作為相關專業(yè)研究生教材。 最后感謝李俊在博士后工作期間、吳廣明等在攻讀博士學位期間參加與本書相關內容課題所做的寶貴研究工作。感謝諶勇博士、童宗鵬博士、吳震東碩士和其他學生在本書的圖片處理方面所做的工作。感謝國家自然基金(批準號10276040)和國際重大基研研究等基金的支持。感謝海軍金矛副司令員為本書作序,感謝海軍裝備部耿廣生副部長、海軍裝備部艦艇部楊志利部長、姜義慶副部長、姚耀中處長、張繼明處長、海軍裝備研究院丁曉明總工程師、趙永浦所長等領導和同事們對本書寫作的大力支持和幫助。 希望本書的出版對我國的艦船抗沖擊研究試驗工作起到推動作用。由于水平和學識所限,書中肯定有不少疏漏、欠妥與謬誤之處,真誠希望讀者、專家和同行不吝賜教。

作者簡介

暫缺《艦船現代沖擊理論及應用》作者簡介

圖書目錄

第1章 緒論
1.1 沖擊和水下爆炸現象的特點
1.2 艦艇及其機電設備抗沖擊試驗研究進展
1.3 艦艇及其機電設備抗沖擊仿真研究進展
1.3.1 水下爆炸沖擊環(huán)境預報和結構沖擊響應
1.3.2 艦船機電設備的沖擊設計計算方法
1.4 沖擊試驗和虛擬沖擊
1.4.1 設備沖擊試驗和全艦沖擊試驗
1.4.2 虛擬沖擊及其和沖擊試驗的關系
1.5 艦船及設備虛擬沖擊的若干關鍵技術問題
參考文獻
第2章 沖擊輸人的時域和頻域表示
2.1 振動沖擊的基本方程
2.1.1 運動方程式
2.1.2 作用在基礎上的沖擊輸入
2.2 對速度沖擊的進一步說明
2.3 沖擊信號的頻域表示
2.4 典型沖擊輸入譜
2.5 三折線圖譜的逆fourier變換
參考文獻
第3章 沖擊響應特性分析
3.1 典型沖擊輸入下的響應
3.2 沖擊譜
3.3 沖擊問題和振動問題的區(qū)別
3.4 沖擊譜的特性分析
3.4.1 沖擊隔離區(qū)(低頻率)特性
3.4.2 等沖擊區(qū)(高頻段)特性
3.4.3 沖擊放大區(qū)特性
3.5 四參數對數沖擊譜
3.6 三維沖擊譜
3.7 沖擊譜與沖擊信號fourier譜之間的關系
3.7.1 主沖擊譜與沖擊信號fourier譜的關系
3.7.2 殘余沖擊譜與沖擊信號fourier譜的關系
3.8 二自由度系統(tǒng)的沖擊譜
3.9 隔沖器的性能評價
參考文獻
第4章 譜跌和動態(tài)設計法的主模態(tài)理論
4.1 譜跌及由此產生的ddam法
4.1.1 譜跌分析實例
4.1.2 ddam法中的設計譜與響應譜
4.1.3 ddam方法中的輸入速度和加速度
4.2 一維主模態(tài)理論
4.2.1 主模態(tài)的正交性
4.2.2 對于基礎運動的響應及模態(tài)組合法
4.2.3 作用在質點上的力
4.2.4 模態(tài)質量及振型的歸一化
4.3 三維主模態(tài)理論
4.3.1 術語的定義
4.3.2 運動方程
4.3.3 振動控制方程
4.3.4 平移慣性力
4.3.5 模態(tài)質量和慣性矩
4.3.6 三維主模態(tài)理論的實例
4.4 動態(tài)設計分析方法最新進展
4.4.1 概述
4.4.2 密集模態(tài)問題和多向響應問題
4.4.3 有效應力和應力分類
4.4.4 模態(tài)選擇的標準
4.4.5 許用應力
4.4.6 f參數
參考文獻
第5章 多剛體一彈性體的子結構建模方法
5.1 多剛體一彈性體法建模
5.2 三維復雜剛體一彈性體耦合系統(tǒng)建模
5.2.1 三維復雜彈性耦合隔振系統(tǒng)的描述及建模思想
5.2.2 剛體子系統(tǒng)建模
5.2.3 彈性體子系統(tǒng)建模
5.2.4 剛體子系統(tǒng)與彈性體子系統(tǒng)的綜合
5.2.5 彈性體子系統(tǒng)與彈性體子系統(tǒng)的綜合
5.2.6 三維復雜彈性耦合隔振系統(tǒng)的動力學方程
5.3 從基座測試阻抗求基座物理模型
參考文獻
第6章 抗沖擊設計的有限元縮聚建模
6.1 基于變分原理的有限元法
6.2 矩陣縮減和局部模態(tài)消除
6.2.1 基于剛度矩陣子矩陣普通逆的迭代法
6.2.2 基于矩陣廣義逆的迭代法
6.2.3 基于子空間迭代的動力縮聚法
6.2.4 主自由度的選擇和局部模態(tài)的消除
6.3 應用舉例
參考文獻
第7章 gap單元在非線性建模中的應用
7.1 限位器剛度突變引起的接觸一碰撞非線性問題
7.1.1 限位器沖擊剛度的確定
7.1.2 限位器的限位有限元數學模型
7.1.3 含限位器的設備的沖擊響應分析
7.1.4 結論
7.2 gap單元在多剛體靜力學問題中的應用
7.3 gap單元在低溫真空儲罐動態(tài)應力響應中的應用
7.3.1 液壓真空儲罐沖擊響應分析的有限元模型
7.3.2 零間隙時的動態(tài)應力響應
7.3.3 有間隙時的動態(tài)應力響應
參考文獻
第8章 沖擊脈沖和沖擊譜的數據分析方法
8.1 由沖擊譜試驗數據確定沖擊輸入
8.1.1 正弦掃描法
8.1.2 快速正弦掃描法
8.1.3 瞬態(tài)波組合法
8.1.4 瞬時矩方法
8.1.5 隨機沖擊重構的karhunen loeve方法
8.2 沖擊譜的測試
8.3 沖擊譜的數字分析方法
8.3.1 直接積分方法和fft法
8.3.2 smallwood方法
8.3.3 ahlin方法(改進的smallwood方法)
參考文獻
第9章 沖擊試驗機和沖擊脈沖的確定
9.1 沖擊實驗機的分類
9.2 沖擊波模擬實驗機和沖擊響應譜模擬試驗機
9.3 強沖擊試驗機
9.3.1 輕型沖擊機
9.3.2 中型沖擊機
9.3.3 浮動沖擊平臺
9.3.4 海軍的其他沖擊試驗裝置
9.4 由沖擊譜試驗數據確定沖擊脈沖的波形鉗制
9.4.1 前后鉗制沖擊脈沖的運動學
9.4.2 跌落試驗中的前后鉗制
9.5 波形發(fā)生器
9.5.1 半正弦波形發(fā)生器
9.5.2 其他波形發(fā)生器
參考文獻
第10章 艦船水下爆炸沖擊
10.1 爆炸波特性
10.1.1 壓力波特性
10.1.2 表面反射和空泡
10.1.3 沖擊系數(因子)
10.1.4 波動方程
10.1.5 兩種介質間的透射——正入射
10.2 流固耦合的taylor平板理論
10.2.1 應用到空氣背襯的自由平板
10.2.2 fsp作用
10.2.3 基于taylor相互作用方程和nastran程序的水面船實例
10.3 mindlin和bleich方法
10.4 雙逼近daa法
10.4.1 流固耦合面的壓力和速度之間的關系
10.4.2 低頻和高頻時的流固耦合作用的近似關系
10.4.3 雙逼近daa1方法
10.4.4 雙逼近daa2方法
10.5 雙逼近法計算沖擊響應的步驟
10.6 計算響應的誤差估計方法
10.7 水面艦艇水下爆炸沖擊的計算實例
參考文獻
附錄 恒等式的證明

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