【摘 要】
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建立科学有效的易损性等效模型是舰船目标易损性研究的前提。由于舰船系统结构复杂、功能各异,舰船设备类型繁多、几何形式不规则,常用于舰船目标板架结构的易损性等效方法不足以准确建立舰船系统的易损性等效模型。本文针对大型水面舰船的动力系统提出了建立其易损性等效模型的方法。首先根据大型水面舰船动力系统的功能分解结果建立毁伤树并分析得到动力系统的关键设备与非关键设备,其次基于不同毁伤元独特的毁伤机制分别对关键
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建立科学有效的易损性等效模型是舰船目标易损性研究的前提。由于舰船系统结构复杂、功能各异,舰船设备类型繁多、几何形式不规则,常用于舰船目标板架结构的易损性等效方法不足以准确建立舰船系统的易损性等效模型。本文针对大型水面舰船的动力系统提出了建立其易损性等效模型的方法。首先根据大型水面舰船动力系统的功能分解结果建立毁伤树并分析得到动力系统的关键设备与非关键设备,其次基于不同毁伤元独特的毁伤机制分别对关键设备和非关键设备进行不同程度的易损性等效建模,最后使用专业软件完成大型水面舰船动力系统的易损性等效模型及相关材料库、设备库的构建。本文主要研究内容包括以下三部分:(1)根据大型水面舰船动力系统的功能分解结果建立毁伤树,并使用下行法分析底事件的重要度得到动力系统的关键设备与非关键设备。本文详细梳理了大型水面舰船动力系统的设备组成和工作原理,并提出以“功能”为依据的舰船系统分解方法,将动力系统分解为一级功能、二级功能和设备。选用系统工程学中常用的逻辑门符号和事件符号,根据动力系统的功能分解结果以及系统、功能和设备之间的毁伤逻辑构建大型水面舰船动力系统的毁伤树。通过对动力系统毁伤树的定性分析与定量分析,得到各个底事件的发生概率、概率重要度和关键重要度,由此确定大型水面舰船动力系统的关键设备与非关键设备。(2)基于不同毁伤元独特的毁伤机制,使用典型结构等效法、几何简化法和基于塑性动力学理论的材料等效法等多种方法,建立大型水面舰船动力系统中关键设备的易损性等效模型。通过敏感性分析确定破片和冲击振动为大型水面舰船动力系统较为敏感的毁伤元,在破片毁伤元作用下综合使用三种典型结构类型的结构等效法和几何简化法对关键设备进行结构等效,然后验证基于塑性动力学原理的材料等效板厚计算公式在舰船设备上的适用性与准确性,并使用此材料等效方法对关键设备的包覆外壳进行材料等效。在冲击振动毁伤元作用下,通过有限元仿真分析得到关键设备的关键易损部位,以关键易损部位的应力响应情况代替整个设备遭遇冲击振动时的毁伤特性,并使用质量点对关键易损部位进行表征。最终以带有一定厚度并具备目标设备主要外观特征的包覆外壳加质量点的形式呈现大型水面舰船动力系统中关键设备的易损性等效模型。(3)根据动力系统中各个设备的易损性等效模型和动力系统的可视化模型,使用专业软件,建立大型水面舰船动力系统的易损性等效模型及相关材料库、设备库。参照大型水面舰船动力系统中关键设备的等效方法,对非关键设备进行较为简化的易损性等效建模,即可得到大型水面舰船动力系统中所有设备的易损性等效模型。基于系统中设备的毁伤判据与系统的毁伤等级,通过分析单个或多个设备毁伤对系统功能的影响,完成大型水面舰船动力系统的功能等效。最后基于系统中设备的易损性等效模型以及动力系统可视化模型中各个设备的位置坐标,在目标易损性建模软件中建立大型水面舰船动力系统的易损性等效模型及其相关材料库、设备库。
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