舰船及其机电设备在服役期间必然面临冲击环境。舰体及舰船机电设备如何抗击各种冲击载荷的作用,是海军和舰艇设计师所十分关心的问题。舰船推进轴系是舰船动力系统的重要组成部分,它由主机输出端直至螺旋桨之间的传动轴及轴上附件所组成。轴系在冲击载荷下的位移响应、轴承座应力以及轴段应力的大小直接关系到舰船动力系统的可靠性和安全性。因此,舰船推进轴系抗冲击性能研究对国防建设具有重要的现实意义。 本文系统地研究了抗冲击分析理论,建立了舰船推进轴系抗冲击计算模型,分析了建模应考虑的几个因素,建模研究在此基础上深入到动态和非线性领域。再者,基于LMS测试系统搭建了实验平台,通过模态实验验证了建模理论。最后,根据计算分析结果对工程实例提出修改方案,并基于遗传算法对其进行优化设计。具体研究工作包括: (1)系统地阐述了水下爆炸理论、舰船结构在水下爆炸载荷下动响应的流固耦合理论、舰船推进轴系抗冲击计算有限元建模理论以及动力学计算方法,并提出“大质量”模型,它适合于求解在各轴承基础载荷不同时的轴系冲击问题。 (2)以×××舰(A舰)推进轴系为研究对象,从理论上论述了轴系上大转动惯量部件、轴承支承和轴承间隙的建模方法,并通过数值计算深入分析了三种因素对舰船推进轴系抗冲击建模的影响。 (3)根据轴系工作实际,进一步从理论上分析在考虑轴系转速、螺旋桨推力和几何非线性等因素时的轴系建模方法,并结合×××舰(B舰)推进轴系计算结果,分析了它们对轴系冲击响应的影响。 (4)以实际轴系为实验对象,通过模态实验测定轴系的动态特性参数,根据有限元理论建立模型并进行数值计算;然后根据实验结果基于模型修正思想修正和验证有限元模型。 (5)根据冲击位移响应结果提出B舰推进轴系初步改进方案,并进行强度校核。然后,根据舰船设备抗冲击设计的目的,尝试性地以冲击载荷作用阶段内各轴承储存势能最大为目标函数,基于遗传算法对B舰推进轴系进行了进一步的优化设计。 这些进一步完善了舰船推进轴系抗冲击计算分析理论模型,为推进轴系的仿真计算、冲击响应预估、减振隔冲设计等提供理论指导。