一种基于基底大质量法的艉轴密封装置抗冲击计算方法与流程

技术特征：

1.一种基于基底大质量法的艉轴密封装置抗冲击计算方法，其特征在于实现步骤如下：

第一步：建立艉轴密封装置有限元分析模型；

第二步：选择基底大质量法进行分析，将艉轴密封装置设为一个或多个附着于舰船的大质量单元M，大质量单元M通过一个点来实现，即在有限元分析模型中建立一个点，赋予该点的质量为舰船的质量，并依据艉轴密封装置与舰船的约束关系，建立艉轴密封装置与该点的约束，从而实现大质量单元，该点即为大质量点；释放艉轴密封装置运动方向的约束，并在大质量点施加动力P_b模拟冲击载荷作用，其中：

$P_b=M_{bb}{\stackrel{\·\·}{U}}_g$

式中，M_bb为大质量点的质量矩阵，为基础激励；

第三步：根据舱内设备抗冲击计算方法和附体设备抗冲击计算方法，得到的冲击载荷谱和对应冲击载荷加载位置；

第四步：根据第三步得到的冲击载荷谱和对应冲击载荷加载位置，施加到艉轴密封装置的有限元分析模型上，采用舱内设备抗冲击计算方法进行抗冲击计算；

第五步：根据第三步提到的附体设备抗冲击计算方法，水下爆炸冲击载荷谱是根据舰船的工作环境而确定的，在此仅自定义水下爆炸冲击载荷谱和对应冲击载荷加载位置，施加到艉轴密封装置的有限元分析模型上，采用附体设备抗冲击计算方法进行抗冲击计算；

第六步：根据第四步和第五步得到的抗冲击计算结果，提取关注部件连接螺栓的等效应力时域曲线和杆部平均应力时域曲线，判断艉轴密封装置在冲击载荷作用下是否满足要求，完成基于基底大质量法的艉轴密封装置的抗冲击计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于基底大质量法的艉轴密封装置抗冲击计算方法，其特征在于：所述第一步建立的有限元分析模型中，对艉轴密封装置中的弹簧组结构用壳单元shell181进行模拟，其余零部件采用体单元进行模拟；体单元进行模拟时，六面体网格采用solid45单元模拟，四面体或金字塔网格采用solid95模拟。

3.根据权利要求1所述的一种基于基底大质量法的艉轴密封装置抗冲击计算方法，其特征在于：所述第二步中，大质量单元M_bb为艉轴密封装置总质量的10⁴-10⁸倍。

4.根据权利要求1所述的一种基于基底大质量法的艉轴密封装置抗冲击计算方法，其特征在于：所述第二步中，基底大质量法是通过在舰船结构基底，即大质量点施加力荷载或位移模拟冲击载荷作用。

5.根据权利要求1所述的一种基于基底大质量法的艉轴密封装置抗冲击计算方法，其特征在于：所述第三步，根据艉轴密封装置在船体的安装位置，确定冲击载荷谱和冲击载荷加载位置具体过程如下；

(1)确定舱内设备抗冲击计算方法的冲击载荷谱

①艉轴密封装置安装位置属于船体和外板安装部位，确定标称加速度谱A₀和标称速度谱V₀：

$A_0=196.2\×\frac{(17.01+m_a)(5.44+m_a)}{{(2.72+m_a)}^2},V_0=1.52\×\frac{5.44+m_a}{2.72+m_a}$

其中m_a为艉轴密封装置的模态质量，单位为t；A₀为标称加速度谱，单位为m/s²；V₀为标称速度谱，单位为m/s；

②艉轴密封装置受到冲击载荷包括垂向、横向、纵向三个方向的冲击载荷作用，一般水下非接触爆炸对设备产生的冲击损伤，垂向>横向>纵向冲击，根据国外的设计经验，确定艉轴密封装置各个方向的标称加速度谱和标称速度谱：垂向A_0垂＝A₀，V_0垂＝0.4V₀，横向A_0横＝0.4A₀，V_0横＝0.4V₀，纵向A_0纵＝0.2A₀，V_0纵＝0.2V₀；

③冲击载荷谱转换为双三角时域加速度曲线输入到计算软件中，双三角时域加速度曲线的时间节点和峰值的确定如下，起始时间节点为零时刻：

A₁＝0.6A

t₂＝1.5V/A₁

$t_4=\frac{6.3D-1.6A_1{t_2}^2}{1.6A_1{t}_2}+t_2$

A₂＝-A₁t₂/(t₄-t₂)

t₁＝0.6V/A₁

t₃＝t₂+0.6(t₄-t₂)

式中：t₁、t₂、t₃、t₄为双三角时域加速度曲线的时间节点，A₁、为t₁时刻对应的峰值，A₂为t₃时刻对应的峰值，D为垂向、横向、纵向三个方向的等位移谱值，V为垂向、横向、纵向三个方向的等速度谱值；

从而得到三个方向的双三角时域加速度曲线；

(2)确定舱内设备抗冲击计算方法的加载位置

艉轴密封装置通过安装座体和驱动环与舰船连接，安装座体和驱动环分别属于艉轴密封装置上的零部件，当冲击载荷谱作用在舰船上时，通过安装座体和驱动环传递到艉轴密封装置上；将模拟舰船的大质量单元M与安装座体和驱动环与舰船连接的端面建立耦合，从而模拟舰船与艉轴密封装置的安装关系；模拟舰船的大质量单元M就是冲击载荷谱的加载位置。

6.根据权利要求1所述的一种基于基底大质量法的艉轴密封装置抗冲击计算方法，其特征在于：第五步所述的附体设备抗冲击计算方法是指，既满足舱内设备的抗冲击指标，又要满足水下爆炸载荷作用下的强度要求：

(1)水下爆炸载荷谱的确定

水下爆炸载荷谱根据舰船的工作环境而确定，可能受到鱼雷爆炸或严酷水下环境冲击的作用，在此自定义时域加速度曲线模拟水下爆炸载荷谱；

(2)附体设备抗冲击计算的加载位置

附体设备抗冲击计算方法是在舱内设备抗冲击计算方法的基础上加上水下爆炸载荷谱；水下爆炸载荷是直接作用在艉轴上；艉轴是与艉轴密封装置中驱动环连接的轴，一端与驱动环连接，另一端连接螺旋桨；在有限元分析中，通过建立梁单元来模拟艉轴，水下爆炸载荷谱作用在艉轴与螺旋桨连接的一端。