舰船环境适应性设计方法探索与实践

探索舰船环境适应性的设计方法,以提高舰船在各种复杂环境下的适应能力。分析了舰船环境适应性设计中面临的若干问题和改进提高方向,参考借鉴国内外航空航天、电子等行业成功经验,提出了指导舰船环境适应性设计的主要设计原则和工作内容。围绕改善环境条件、加强耐环境能力设计这2个方面,提出了3种环境适应性设计方法,包括基于规范的设计方法、基于环境仿真的设计方法、基于预使用验证的设计方法。根据舰船风浪环境适应性设计的特点和要求,选择采用环境仿真和模型试验技术开展了应用研究。基于分析结果,提出了增加水线面系数、调整浮心、优化线型等多项改进措施建议。采用环境仿真和模型试验相结合的方式,可有效支撑舰船风浪环境适应性设计和评估,这一方法具有较高的工程推广应用价值。另外,未来应加大环境仿真技术的研究和应用力度,尝试开展多因素综合环境仿真,以进一步提高舰船的环境适应性。     

电子产品野外环境下温循加速载荷谱编制方法

目的 将电子产品在野外环境下日变化波动与季节差异明显的温度载荷编制成温循载荷谱和转换为加速载荷谱。方法 通过四点雨流计数法提取原谱中的载荷循环信息,对提取的循环信息进行分布拟合、相关性检验等统计分析,进而构建循环均值与范围值的联合概率密度函数,再运用概率密度法,编制出8×8二维环境载荷谱。在二维载荷谱基础上,编制出温循载荷谱,使用针对电子部件参数修正的加速方程转化为加速载荷谱。结果 利用野外作业现场1个作业周期内的气温纪录,提供了一套编制温循载荷谱和转换加速载荷谱的合理化流程和解决方案。结论 该制谱方法可以利用原始环境谱中绝大部分有效信息,较好地还原电子部件野外作业阶段经历的温度变化过程,为电子产品的加速寿命试验和使用寿命预测奠定基础。     

美国海军舰艇命名体系研究

美国海军舰艇命名体系由任命前缀、舰艇名称、分类代号、舷号4类要素构成,首先分析了每类要素对于命名体系的贡献,然后基于美国海军舰艇命名体系,以美国海军舰艇名册为数据源,通过要素提取、规则建立等步骤分析美国海军现役舰艇组成。经过分析,美国现役715艘舰艇分为战斗舰、辅助舰、战斗艇、支援艇、未在分类代号中定义等5大类67类型177级别,通过对比基于类型与级别规则、基于任命前缀规则的结果挖掘出美国海军现役舰艇组成规律。     

拉伸加载下老化复合固体推进剂的损伤演化定量分析

目的 定量分析老化对拉伸加载下复合固体推进剂细观损伤演化的影响规律。方法 开展不同老化时间（0、32、74、98 d）下三组元端羟基聚丁二烯（HTPB）复合固体推进剂的热加速老化试验,以及老化后推进剂的微型哑铃形试验件在不同拉伸应变水平（0、5%、10%、20%、40%、50%）下的微CT扫描观测试验,并对扫描重构图像进行定量分析,获得老化对推进剂细观损伤演化的影响规律。结果 随拉伸应变增加,老化前后推进剂微CT图像的灰度均方差、平均孔隙率和图像的分形维数均呈非线性增加趋势,图像的灰度均值呈非线性减小趋势。在较低应变水平（<10%）下,上述参数受老化时间的影响不显著,但随拉伸应变增加（≥10%）和老化时间增长,灰度均方差、平均孔隙率、孔隙率增量和分形维数的数值整体增高,而灰度均值随老化时间的增长而降低,且不同老化时间下,分形维数与平均孔隙率之间存在正线性关系。结论 重构得到微CT图像的灰度均值、平均孔隙率和分形维数可作为表征参数,用于定量分析老化复合固体推进剂在拉伸载荷下的细观损伤和损伤的动态演化规律,推进剂的初始损伤和小应变下的损伤程度受老化的影响较弱,而老化时间对推进剂细观损...     

某海域极端环境下15万吨级FPSO波浪荷载数值研究

目的 评估在役15万吨级FPSO在某海域百年一遇极端波浪作用下典型横剖面的水动力特性,进而得到FPSO的极值荷载,作为FPSO返坞改造的关键控制参数。方法 基于国产自主三维频域线性势流软件COMPASS-WALCS,建立15万吨级FPSO湿表面网格模型,根据三维绕射-辐射理论,计算湿表面上的水动力荷载,将每个绕射单元上的水动压力直接映射到结构模型上进行计算。采用谱分析方法对百年一遇海况进行分析,得到短期运动极值响应。对响应幅值算子(RAO)和波能谱密度进行谱分析,得到极端波浪下的响应谱,进而得到浮体运动和波浪荷载短期预报各种统计值,利用统计方法求得短期响应的最大值。结果 计算了船中部Fr143横剖面的载荷极值,即垂向弯矩、垂向剪力、剖面型心加速度等,发现船舶迎浪时弯矩值最大,随着浪向角增大,弯矩值逐渐减小,剖面垂向剪力则随着浪向角增大逐渐增大。结论 FPSO在极端波浪作用下,其大迎浪角条件下荷载更加危险,需要给予格外关注。     

基于热带海洋大气环境下机载PCB板的环境适应性对比研究

目的 通过机载PCB板(Printed Circuit Board,PCB)在热带海洋大气环境下的腐蚀老化特征和电气性能退化规律分析,研究其在热带海洋大气环境下的环境适应性。方法 根据热带海洋大气环境中PCB板的实际使用环境大多为舱室内部封闭或半封闭的情况,分别设计并开展海南万宁海洋平台棚下暴露场和某海域环境户外简易遮蔽玻璃框下3 a的自然环境试验。结果 PCB板的焊点、焊盘、印制导线以及引线头等部位在2种试验环境中均出现了不同程度的腐蚀破坏,试验后期,所有部位的腐蚀程度全部达到了4级,导通电阻从几十毫欧增大至几十兆欧,绝缘电阻从10 GΩ以上降低至几兆欧。结论 在万宁站试验2 a和某海域试验3 a后,PCB板均不满足耐电压的技术要求(500 V交流电压60 s),万宁海洋平台棚下暴露场对PCB板的环境适应性更为严酷。     

HAN基ECSP凝胶模型的构建与分子动力学模拟

目的 从微观分子的角度对硝酸羟胺(HAN)基电控固体推进剂(Electrically Controlled Solid Propellants,ECSP)的性能参数进行模拟与计算。方法 利用分子表面静电势(ESP)对HAN分子2种可能的构型进行优化和稳定性分析。通过真空非周期性分子动力学模拟得到聚乙烯醇(PVA)分子稳定构型,并以HAN基ECSP的主要成分按一定比例构建凝胶模型。基于RESP(Restrained Electrostatic Potential)电荷生成更准确的凝胶模型拓扑文件,并进行凝胶模型的分子动力学模拟、模型稳定分析以及模型参数计算。结果 凝胶模型总能量相对平均值的周期性波动不超过7%。由于三维PVA链的包裹,H2O分子的扩散系数被大幅削弱。氢键分析和径向分布函数表明氢键键长主要分布在0.282 6 nm附近,PVA与H2O间的氢键较少,H2O与HAN、H2O与H2O之间的氢键较多。模型密度为1.405 g/cm³,与实验值吻合度高。在283、293、303 K下,HAN基ECSP凝胶模型的拉伸模量依次降低,剪切模量先增后减。在15 K/600 ps冷却速率下,HAN基ECSP凝胶模型的拉伸模量和剪切模量均增大。结论 ECSP制备结束后,冷却过程中的环境温度不宜过高,否则容易造成ECSP力学性能的快速下降,快速冷却可以提高ECSP的力学性能。     

工程塑料环境因素与载荷应力耦合作用试验装置研究

目的 设计一种能够模拟工程塑料实际服役工作环境的试验装置,在多型自然环境中,构建兼具环境因素侵蚀与载荷应力耦合作用的试验条件。方法 研制工程塑料环境因素与载荷应力协同作用试验装置,采用包括拉伸加载、弯曲加载、控制系统等组件的模块化设计,实现0.01~16 Hz加载频率的拉伸及弯曲载荷,最大1 550 kg的拉伸载荷,最大375 kg的弯曲载荷。结果 将研制完成的试验装置置于多型自然环境下对试验施加恒定和交变载荷,以真实模拟工程塑料实际服役中的环境因素与载荷应力协同作用。结论 试验装置制造加工难度小,结构稳定可靠,可用于评价和研究工程塑料等系列类型材料的环境损伤性能演变。     

海南西沙试验站大气霉菌群落初步调查

目的 筛选西沙试验站大气环境优势菌种,进行西沙试验站装备敏感菌研究。方法 采用撞击法进行大气霉菌采样,用统计学法计算出不同试验场地真菌数量,结合形态学法与ITS1-5.8S-TIS2或26SrDNA D1/D2区序列分析法鉴定菌种,并用SPSS初步探讨大气真菌与环境因素的关系,分析西沙试验站装备敏感菌。结果 西沙试验站优势种为Aspergillus aculeatus、Penicillium citrinum、Pithomyces sacchar、变红镰孢霉Fusarium incarnatum、Cladosporium oxysporum和Cladosporium oryzae,影响西沙试验站大气霉菌群落结构的重要环境因素是相对湿度和风速,贮存在西沙试验站的装备容易长霉,多种材料有不同的敏感菌,尤其是涂层样件和橡胶类材料。结论 西沙试验站大气环境中存在种类繁多的霉菌。     

随机振动加速度响应谱及与冲击等效性分析

目的 获得随机振动的加速度响应谱,提升随机振动与冲击的等效性分析精度。方法 首先,基于维纳-辛钦定理,推导单自由度系统在随机振动基础激励作用下加速度响应均方值的通用表达式;其次,分别推导单自由度系统在理想白噪声和限带非均匀谱随机振动基础激励作用下的加速度响应均方值;再次,基于3σ准则,推导限带非均匀谱随机振动的3σ加速度响应谱;最后,基于加速度响应等效,通过将装备随机振动条件的3σ加速度响应谱与冲击条件的冲击响应谱进行等效性分析,对GJB 150.18A—2009中的冲击试验剪裁条件进行精细优化。结果 精细优化后,可有效改善冲击试验剪裁条件的工程实施精度。结论 获得了限带非均匀谱随机振动的3σ加速度响应谱,并基于此对GJB 150.18A—2009中的冲击试验剪裁条件进行了精细优化,对于装备合理剪裁冲击试验具有借鉴意义。