[发明专利]水下航行器楔环结构有限元建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下航行器减振降噪技术领域，具体为一种水下航行器楔环结构有限元建模方法。

背景技术

水下热动力航行器段间连接普遍采用楔环连接，楔环连接方式不仅可以满足连接强度的要求，更有连接可靠、装卸方便等优点，其连接外表面光顺，有利于减小阻力、降低噪声，而且连接处的结构紧凑，连接附加质量轻。

楔环连接是利用两个带楔形面的开口圆环在周向相对运动时产生轴向的拉力将水下热动力航行器相邻两个舱段连接在一体。楔环安装在两个舱段壳体形成的矩形环槽内，在航行器表面只留有一个紧密配合的接缝，可以保证航行器表面非常光顺。

楔环连接结构组件较多，而且动力学特性复杂，对水下热动力航行器整体动力学特性影响较大，需要在进行航行器整体结构分析时，对楔环连接结构进行简化，建立其有限元模型，而如何合进行简化是航行器整体结构有限元建模的关键，直接影响到航行器整体动力学性能预报的精度。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种水下航行器楔环结构有限元建模方法，提高水下热动力航行器有限元模型精度，进而提高水下热动力航行器振动噪声预报精度。

技术方案

本发明的原理是：首先，对楔环连接结构进行简化，并进行网格划分；然后，利用试验数据，获得简化后楔环结构的等效弹性模量；最终建立楔环连接结构的等效模型。

本发明的技术方案为：

所述一种水下航行器楔环结构有限元建模方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：对水下航行器楔环结构进行简化：以水下航行器楔环结构中左侧壳体的最右端接触面为分界面，将水下航行器楔环结构中的右侧壳体分为右侧主壳体和右侧合并壳体；以水下航行器楔环结构中右侧壳体的最左端接触面为分界面，将水下航行器楔环结构中的左侧壳体分为左侧主壳体和左侧合并壳体；将右侧合并壳体、左侧合并壳体、水下航行器楔环结构中的楔环和密封圈合并等效为一个等效楔环；其中水下航行器楔环结构的左侧壳体、右侧壳体和楔环材料相同；

步骤2：建立左侧主壳体、右侧主壳体和等效楔环的有限元模型，其中左侧主壳体与等效楔环，以及右侧主壳体与等效楔环的连接处采用共节点的方式处理；左侧主壳体、右侧主壳体的弹性模量E、泊松比ν和密度ρ参数按照水下航行器楔环结构中的左侧壳体和右侧壳体的材料实际物理参数设置；等效楔环的泊松比ν和密度ρ参数按照楔环材料实际物理参数设置；

步骤3：确定等效楔环的等效弹性模量：

步骤3.1：对水下航行器楔环结构进行自由—自由边界条件下的装配体模态试验，其中试验件基频与支撑系统频率之比大于10，水下航行器楔环结构周向测点不少于6个，轴向测点间距与周向测点间距相当，且不少于4个，采用单点激励多点响应法进行模态试验，获取水下航行器楔环结构的模态参数：固有频率、模态振型；

步骤3.2：采用MSC.Nastran软件的优化功能求解等效楔环的等效弹性模量：用Material方法将等效楔环的等效弹性模量定义为优化参数，优化参数的上、下限分别为0.05E、E，其中E为楔环材料实际弹性模量，将仿真计算获得的等效楔环第一阶模态固有频率与步骤3.1得到第一阶固有频率试验值误差不大于5%作为目标函数，将步骤3.1得到其他各阶模态固有频率的试验值为约束条件；优化仿真计算得到等效楔环的等效弹性模量；

步骤3.3：用优化仿真计算得到的等效楔环的等效弹性模量计算等效楔环的各阶模态振型与步骤3.1中水下航行器楔环结构模态振型试验值的模态置信准则值，若模态置信准则值小于0.8，则重新优化仿真计算等效楔环的等效弹性模量，且重新优化仿真过程中将目标函数内比较固有频率的阶数较前一次优化仿真增加一阶；若模态置信准则值不小于0.8，则按照得到的等效弹性模量设置有限元模型中等效楔环的弹性模量参数。

有益效果

本发明提出的水下航行器楔环结构有限元建模方法，通过对楔环连接结构进行简化，建立其有限元模型，并利用楔环连接结构的模态试验数据，确定等效楔环的弹性模型，从而获得具有较高精度的水下航行器楔环连接结构的有限元模型。该方法实施简单，易于操作，能够有效提高水下航行器楔环连接结构的模型精度，从而提高水下航行器振动噪声预报精度，指导水下航行器结构的声学设计。

附图说明

图1：水下航行器楔环连接结构示意图；

图2：水下航行器楔环连接结构划分示意图；

图3：水下航行器楔环连接结构简化示意图；