[发明专利]舰船机电控制设备虚拟振动和冲击试验方法

说明书

本发明涉及一种舰船机电控制设备虚拟振动和冲击试验方法，建立设备几何模型；建立有限元模型；在有限元模型上施加边界条件，确定模态分析的方法，设置模态分析的频率范围基础上进行虚拟模态试验；在有限元模型上施加边界条件，确定振动谐响应分析的方法、设置振动分析的频率范围基础上进行虚拟振动试验；在定义元器件之间的接触类型和接触参数，在有限元模型上施加边界条件和冲击载荷基础上进行虚拟冲击试验；结合机电控制设备动态特性的试验测试结果，调整参数进行虚拟再试验，直至虚拟试验结果与试验测试数据之间的误差满足要求。可以快速、便捷预报机电控制设备的振动、冲击响应特征，通过设备动态性能优化设计，揭示机电控制设备的设计隐患。

技术领域

本发明涉及一种产品虚拟仿真技术，特别涉及一种舰船机电控制设备虚拟振动和冲击试验方法。

背景技术

舰船机电控制设备在服役过程中，不可避免将遭受炸弹、导弹、鱼雷、水雷等武器的攻击，承受水中瞬态冲击波及气泡脉动压力等非接触冲击。在强冲击作用下，舰船机电设备将出现冲击应力应变、冲击响应位移超标等现象，这些都将导致舰船机电设备出现破坏、功能失效甚至造成战斗力丧失等严重后果。此外，随着计算机技术的发展，有限元法进行结构动力学分析计算已经得到广泛的应用。但是，运用有限元法对舰船机电控制设备开展结构冲击以及隔冲性能分析的相关方法仍然很缺乏、也存在诸多困难。其难点主要有：大部分机电控制设备是弹性安装，弹性装置尤其是钢丝绳减振器的有限元建模存在很多不确定性因素；机电控制设备中元器件与导轨、箱体与减振器之间的连接方式均为非线性连接，接触类型以及接触参数的确定存在一定困难。

舰船机电控制设备包括配电箱、电控箱、控制面板等，他们广泛地分布在舰船各个舱室和位置，起到控制机电设备的正常启动、停止以及运行状态。可以说，机电控制设备的冲击环境适应性关系到机电设备功能的发挥，甚至影响舰船系统的正常工作及作战性能。传统的虚拟试验技术大都忽略舰船机电控制设备中的非线性接触和连接形式，而元器件的结构形式的简化以及元件器之间的连接方式的处理对虚拟试验结果又有较大影响。此外，更多传统虚拟试验技术简单地把机电控制设备模化成箱体、甚至是刚性集中质量块，这对设备振动、冲击动态特性的模拟上存在较大缺陷和显著误差。

以往虚拟试验技术只能对舰船机电设备的某一特定型号、产品的动态特性进行仿真分析，所建立的虚拟仿真模型不适用于其他产品。对不同的机电控制设备开展虚拟试验，即机电设备的结构尺寸、材料参数、边界和载荷条件或者分析控制和结果后处理要求有所改变，需要重复进行有限元建模、参数设置和分析控制的过程，这大大限制了虚拟试验技术产品动态性能分析的计算效率和应用范围。

发明内容

本发明是针对现在舰船机电控制设备虚拟试验技术存在的问题，提出了一种舰船机电控制设备虚拟振动和冲击试验方法，提出了基于有限元参数化设计语言的控制设备的建模、有限元计算和结果处理方法的仿真技术。参数化有限元虚拟模型适用于其他不同结构形式、不同工作状态的机电控制设备的振动、冲击虚拟试验，可以简单快捷地实现虚拟再试验，将大大提高舰船机电控制设备虚拟仿真计算的效率。

本发明的技术方案为：一种舰船机电控制设备虚拟振动和冲击试验方法，具体包括如下步骤：

1）建立设备几何模型：依据舰船机电控制设备的结构形式，简化结构复杂而对设备振动、冲击性能影响不大的构件、元件或连接形式；再用参数化设计语言生成机电控制设备的点、线、面和体特征，并进行相应的加、减、合并和粘结特征处理以及进行移动、复制、旋转和镜像几何模型处理，直至生成机电控制设备的参数几何模型；

2）建立有限元模型：依据机电控制设备中结构的材料类型、实参数，收集各种结构的材料力学参数，再结合机电控制设备结构的复杂程度、计算时间、结果精度，确定有限元建模中选择的单元类型、网格划分形式；

3）虚拟模态试验：在步骤2）有限元模型上施加边界条件，确定模态分析的方法，设置模态分析的频率范围和模态阶数，设定计算结果后处理参数，最后提交计算求解；