CN112651160B - 可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及军用设备环境试验技术领域，公开了一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法和系统，包括：获取加速度冲击响应数据；根据所述加速度冲击响应数据，在有限元模型中对试验样品进行瞬态响应分析，得到应力数据；将所述应力数据与所述试验样品的强度极限对比分析，得到分析结果。本发明实施例提供的有限元仿真方法能够实现对特殊形状的试验样品进行中量级冲击试验考核，从而可以快速对试验样品进行中量级冲击试验考核，提高试验效率。

Description

可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法和系统
技术领域
本发明涉及军用设备环境试验技术领域，特别是涉及一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法和系统。
背景技术
GJB150.18－86标准“试验十舰船设备的冲击”中规定，对于质量为0.12－2.7t的试验样品(试验样品和固定装置的总质量不超过3.4t) 采用中量级冲击试验，而中量级冲击试验设备为摆锤冲击试验机。冲击试验时根据样品及台面固定装置总质量的大小调整摆锤的高度，摆锤自由释放后冲击砧板台面完成试验样品的冲击考核。
目前，在舰船设备的中量级冲击试验中规定，摆锤冲击试验机台面采用可移动槽钢固定试验样品，槽钢所在平面最大可固定孔位尺寸约为1.2m＊1m，而针对部分符合质量要求(0.12－2.7t)的特殊试验样品如桅杆、设备天线等，其尺寸过大、形状不规则，导致无法直接或间接采用转接工装固定至试验机台面上进行中量级冲击试验，或由于转接工装过重超出台面质量限制(总质量大于3.4t)而无法进行中量级冲击试验考核。
因此，亟需一种测量方法，实现对特殊试验样品进行中量级冲击试验考核。
发明内容
本发明的目的是：提供一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法和系统，使得部分符合质量要求的特殊试验样品如桅杆、设备天线等能够进行仿真试验，完成中量级冲击试验考核。
为了实现上述目的，本发明提供了一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法，包括：获取加速度冲击响应数据；根据所述加速度冲击响应数据，在有限元模型中对试验样品进行瞬态响应分析，得到应力数据；将所述应力数据与所述试验样品的强度极限对比分析，得到分析结果。
可选的，所述获取加速度冲击响应数据的步骤包括：制定中量级冲击试验所对应的标准质量块；根据中量级冲击试验标准，对所述标准质量块进行冲击试验，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库。
可选的，所述制定中量级冲击试验所对应的标准质量块的步骤包括：根据中量级冲击试验的不同质量标准区间，制定每一个质量标准区间对应的标准质量块。
可选的，所述根据中量级冲击试验标准，对所述标准质量块进行冲击试验，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库的步骤包括：预先在中量级冲击机砧板上设置加速度传感器；将所述标准质量块固定在中量级冲击机砧板上，根据中量级冲击试验标准中规定的冲击次数、砧板行程和落锤高度，进行冲击试验；通过所述加速度传感器，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库。
可选的，所述根据所述加速度冲击响应数据，在有限元模型中对试验样品进行瞬态响应分析，得到应力数据的步骤包括：在有限元软件中建立所述试验样品的结构所对应的有限元模型；从加速度响应数据库中获取所述试验样品所对应的加速度响应数据，并将所述试验样品的加速度响应数据作为所述有限元模型的加速度冲击载荷边界条件；在有限元模型中进行瞬态响应分析，得到应力数据。
可选的，所述将所述应力数据与所述试验样品的强度极限对比分析，得到分析结果的步骤包括：获取所述试验样品的强度极限；将所述应力数据中的最大应力与所述强度极限对比，若所述最大应力小于所述强度极限，则所述试验样品满足中量级冲击试验标准的要求。
本发明实施例还提供一种采用上面一些实施例所述的仿真方法的仿真系统，所述仿真系统包括：加速度响应数据获取模块、应力数据获取模块和数据分析模块，所述加速度响应数据获取模块，用于获取加速度冲击响应数据；所述应力数据获取模块，用于根据所述加速度冲击响应数据，在有限元模型中对试验样品进行瞬态响应分析，得到应力数据；所述数据分析模块，用于将所述应力数据与所述试验样品的强度极限数据对比分析，得到分析结果。
可选的，所述加速度响应数据获取模块包括：质量块制定模块，用于制定中量级冲击试验所对应的标准质量块；数据库获取模块，用于根据中量级冲击试验标准，对所述标准质量块进行冲击试验，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库。
可选的，所述质量块制定模块包括：标准质量块制定模块，用于根据中量级冲击试验的不同质量标准区间，制定每一个质量标准区间对应的标准质量块。
可选的，所述数据分析模块包括：强度极限获取模块，用于获取所述试验样品的强度极限；应力对比模块，用于将所述应力数据中的最大应力与所述极限强度对比，若所述最大应力小于所述强度极限，则所述试验样品满足中量级冲击试验标准的要求。
本发明实施例一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法和系统与现有技术相比，其有益效果在于：通过本发明实施例提供的有限元仿真方法能够实现对特殊形状的试验样品(例如：尺寸过大，形状不规则等试验样品)进行中量级冲击试验，仿真试验所得到的结果能够真实的反映出特殊形状的试验样品进行中量级冲击试验考核的试验结果，从而可以快速对试验样品进行中量级冲击试验，提高试验效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法中步骤S1的子步骤的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法中步骤S12的子步骤的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法中步骤S2的子步骤的流程图；
图5是本发明实施例提供的一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真系统的结构图；
图6是本发明实施例提供的另一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真系统的结构图；
图7是本发明实施例提供的又一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真系统的结构图；
图8是本发明实施例提供的又一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真系统的结构图。
图中，1－加速度响应数据获取模块；11－质量块制定模块；111－标准质量块制定模块；12－数据库获取模块；2－有限元模型建立模块；3－数据分析模块；32－强度极限获取模块；32－应力对比模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一些实施例”、“示例 (example)”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。
如图1所示，本发明实施例优选实施例的一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法，包括：
S1：获取加速度冲击响应数据。
其中，如图2所示，获取加速度冲击响应数据的步骤包括：
S11：制定中量级冲击试验所对应的标准质量块。
根据GJB150.18－86标准中对中量级冲击试验的标准要求如下表1 (GJB150.18－86标准4.2.2.2节表6)所示：
表1
参见上表1，中量级冲击试验的标准要求根据砧板上总质量M划分为16个标准区间，分别对应不同的试验要求。
在制定中量级冲击试验所对应的标准质量块时，可以依据砧板上总质量M划分为16个标准区间进行制定。
在一些实施例中，制定中量级冲击试验所对应的标准质量块，根据中量级冲击试验的不同质量标准区间，制定每一个质量标准区间对应的标准质量块。
本发明实施例中，针对每一个质量标准区间制定对应的标准质量块，可以是选择质量标准区间内的任意砧板上总质量M减去支撑架的质量My进而得到标准质量块的质量Mx，本发明对此不作具体限制。
其中，M＝Mx+My。根据砧板上总质量M被划分的16个质量标准区间，制定每一个质量标准区间对应的标准质量块。
本发明实施例中，将不同质量标准区间的节点的砧板上总质量M 质量减去安装架的质量My，得到节点所属的质量标准区间对应的标准质量块的质量Mx。
参见上表1所示，在每一质量标准区间中，存在两个节点，而只有一个节点属于该质量标准区间，选择属于该质量标准区间的节点的质量Mo进行制定标准质量块，即选择质量标准区间节点的质量Mo减去安装架的质量My，得到标注质量块的质量Mx，选择质量标准区间节点的质量M能够很好的覆盖所有质量标准区间，且选择的标准质量块能够在所有质量标准区间内均匀分布。
示例性地，参见表1，选择质量标准区间为0.12t≤砧板上总质量 M＜0.45t的节点的质量Mo为0.12t，安装架的质量My例如是0.07Kg，节点的质量Mo减去安装架的质量My＝0.12t－0.07Kg＝0.05t，即标准质量块的质量Mx为0.05t。
在计算得到标准质量块的质量Mx之后，执行S112：根据标准质量块的质量Mx要求制定标准质量块。
本发明实施例中，标准质量块选择铁材料制作，这是由于其强度高且价格便宜，能够模拟试验设备放置在砧板上的试验样品进行中量级冲击试验。当然，标准质量块还可以选择其他能够实现上述功能的材料进行制作，本发明对此不作限制。
需要说明的是，本发明实施例中对于标准质量块的形状没有要求，根据GJB150.18－86标准规定，摆锤冲击试验机台面采用可移动槽钢固定试验样品，槽钢所在平面最大可固定孔位尺寸约为1.2m＊1m，本发明实施例中的标准质量块能够实现固定在可移动槽钢上即可。
在标准质量块制定好之后，执行S12：根据中量级冲击试验标准，对标准质量块进行冲击试验，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库。
如图3所示，S12根据中量级冲击试验标准，对标准质量块进行冲击试验，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库，包括：
S121：预先在中量级冲击机砧板上设置加速度传感器。
S122：将标准质量块固定在中量级冲击机砧板上，根据中量级冲击试验标准中规定的冲击次数、砧板行程和落锤高度，进行冲击试验。
对标准质量块进行冲击试验，示例性地，标准质量块的质量Mx为 0.05t时，砧板上总质量M为0.12t，根据中量级冲击试验标准上表1 所示，冲击次数为6次，6次冲击分为3组；砧板行程在第一组为76mm，第二组为76mm，第三组为38mm；落锤高度在第一组为23cm，第二组为 53cm，第三组为53cm，进行冲击试验。
S123：通过加速度传感器，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库。
本发明实施例中，通过在砧板上安装加速度传感器，记录每次冲击试验砧板产生的加速度响应数据，加速度响应数据包括加速度随时间变化的数据，也即记录砧板产生的加速度随时间变化的数据。
可以理解的是，对标准质量块进行中量级冲击试验得到的加速度响应数据，可以作为该标准质量块所属质量标准区范围内的所有试验样品对应的加速度响应数据。
请再次参见图1，在获得加速度冲击响应数据之后执行S2。
S2：根据加速度冲击响应数据，在有限元模型中对试验样品进行瞬态响应分析，得到应力数据。
如图4所示，S2根据加速度冲击响应数据，在有限元模型中对试验样品进行瞬态响应分析，得到应力数据包括：
S21：在有限元软件中建立所试验样品的结构所对应的有限元模型。
本发明实施例中，根据试验样品的机械结构的几何外形建立节点和元素，在有限元软件中建立试验样品的有限元模型。
S22：从加速度响应数据库中获取试验样品所对应的加速度响应数据，并将试验样品的加速度响应数据作为有限元模型的加速度冲击载荷边界条件。
本发明实施例中，加速度响应数据库包括不同标准质量块的质量 Mx和其分别对应的经过冲击试验得到的砧板的加速度响应数据。
根据试验样品的质量计算砧板上的总质量M，在上述表1中对应找到试验样品所属的质量标准区间，质量标准区间对应的标准质量块，将对应标准质量块的加速度响应数据作为试验样品对应的加速度响应数据，并将试验样品的加速度响应数据作为有限元模型的加速度冲击载荷边界条件。
试验样品对应的加速度响应数据，即试验样品的质量MS所在的质量标准区间制定的标准质量块进行冲击试验得到的加速度响应数据。
示例性地，试验样品的质量MS为0.08t时，对应的加速度响应数据即标准质量块的质量Mx为0.05t时，进行冲击试验砧板产生的加速度响应数据。
S23：在有限元模型中进行瞬态响应分析，得到应力数据。
本发明实施例中，在有限元软件中进行瞬态响应分析，可得到试验样品的结构每一位置处的应力。
可以理解的是，本发明实施例中，针对不同质量的试验样品，可以根据其质量、该质量在中量级冲击试验标准中所属的质量标准区间对应的试验要求和其对应的加速度响应数据，进行瞬态响应数据分析，得到试验样品的应力数据。本发明实施例中所得到的试验样品的应力数据可以体现试验样品的结构每一位置处的应力数据。
S3：将应力数据与试验样品的强度极限进行对比分析，得到分析结果。包括：
S31：获取试验样品的强度极限。
试验样品包括机械的几何结构和其构成的材料，针对材料可以确定其强度极限，从而可以确定试验样品的强度极限。
S32：将应力数据中的最大应力与强度极限进行对比，若最大应力小于强度极限，则试验样品满足中量级冲击试验标准的要求。
若试验样品的最大应力小于其强度极限，则试验样品满足中量级冲击试验标准的要求，若试验样品的最大应力不小于其强度极限，则试验样品不满足中量级冲击试验标准的要求，从而能够替代舰船设备中量级冲击试验进行仿真试验，仿真试验所得到的结果能够真实的反映出特殊形状的试验样品进行中量级冲击试验考核的试验结果，从而可以快速对试验样品进行中量级冲击试验，提高试验效率。
如图5所示，本发明实施例还提供一种采用上面一些实施例所述的仿真方法的仿真系统，包括：加速度响应数据获取模块1、应力数据获取模块2和数据分析模块3。
其中，加速度响应数据获取模块1用于获取加速度冲击响应数据。
应力数据获取模块2用于根据加速度冲击响应数据，在有限元模型中对试验样品进行瞬态响应分析，得到应力数据。
数据分析模块3用于将应力数据与试验样品的强度极限数据进行对比分析，得到分析结果。
在一些实施例中，如图6所示，加速度响应数据获取模块1包括：质量块制定模块11和数据库获取模块12。
其中，质量块制定模块11用于制定中量级冲击试验所对应的标准质量块。
数据库获取模块12用于根据中量级冲击试验标准，对标准质量块进行冲击试验，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库。
在一些实施例中，如图7所示，质量块制定模块11包括标准质量块制定模块111用于根据中量级冲击试验的不同质量标准区间，制定每一个质量标准区间对应的标准质量块。
数据分析模块3包括：强度极限获取模块31和应力对比模块32。
在一些实施例中，如图8所示，数据分析模块3包括：强度极限获取模块31和应力对比模块32。
强度极限获取模块31用于获取试验样品的强度极限。
应力对比模块32用于将应力数据中的最大应力与极限强度进行对比，若最大应力小于强度极限，则试验样品满足中量级冲击试验标准的要求。
本发明实施例中仿真系统各模块的相应步骤可以参考仿真方法执行，此处不再赘述。
综上，本发明实施例提供一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法和系统，其能够实现对特殊形状的试验样品(例如：尺寸过大，形状不规则等试验样品)进行中量级冲击试验，仿真试验所得到的结果能够真实的反映出特殊形状的试验样品进行中量级冲击试验考核的试验结果，从而可以快速对试验样品进行中量级冲击试验，提高试验效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通计数人员来说，在不脱离本发明计数原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可替代舰船设备中量级冲击试验的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法包括：
获取加速度冲击响应数据；
根据所述加速度冲击响应数据，在有限元模型中对试验样品进行瞬态响应分析，得到应力数据；
将所述应力数据与所述试验样品的强度极限进行对比分析，得到分析结果；
其中，所述获取加速度冲击响应数据的步骤包括：
制定中量级冲击试验所对应的标准质量块；
根据中量级冲击试验标准，对所述标准质量块进行冲击试验，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库；
所述制定中量级冲击试验所对应的标准质量块的步骤包括：
根据中量级冲击试验的不同质量标准区间，制定每一个质量标准区间对应的标准质量块；
所述根据中量级冲击试验标准，对所述标准质量块进行冲击试验，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库的步骤包括：
预先在中量级冲击机砧板上设置加速度传感器；
将所述标准质量块固定在中量级冲击机砧板上，根据中量级冲击试验标准中规定的冲击次数、砧板行程和落锤高度，进行冲击试验；
通过所述加速度传感器，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库。
2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述根据所述加速度冲击响应数据，在有限元模型中对试验样品进行瞬态响应分析，得到应力数据的步骤包括：
在有限元软件中建立所述试验样品的结构所对应的有限元模型；
从加速度响应数据库中获取所述试验样品所对应的加速度响应数据，并将所述试验样品的加速度响应数据作为所述有限元模型的加速度冲击载荷边界条件；
在有限元模型中进行瞬态响应分析，得到应力数据。
3.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，所述将所述应力数据与所述试验样品的强度极限进行对比分析，得到分析结果的步骤包括：
获取所述试验样品的强度极限；
将所述应力数据中的最大应力与所述强度极限进行对比，若所述最大应力小于所述强度极限，则所述试验样品满足中量级冲击试验标准的要求。
4.一种采用如权利要求1至3中任一项所述的仿真方法的仿真系统，其特征在于，所述仿真系统包括：加速度响应数据获取模块、应力数据获取模块和数据分析模块；
所述加速度响应数据获取模块，用于获取加速度冲击响应数据；
所述应力数据获取模块，用于根据所述加速度冲击响应数据，在有限元模型中对试验样品进行瞬态响应分析，得到应力数据；
所述数据分析模块，用于将所述应力数据与所述试验样品的强度极限数据进行对比分析，得到分析结果；
其中，所述加速度响应数据获取模块包括：
质量块制定模块，用于制定中量级冲击试验所对应的标准质量块；
数据库获取模块，用于根据中量级冲击试验标准，对所述标准质量块进行冲击试验，获取加速度响应数据，并生成加速度响应数据库；
所述质量块制定模块包括：标准质量块制定模块，用于根据中量级冲击试验的不同质量标准区间，制定每一个质量标准区间对应的标准质量块。
5.根据权利要求4所述的仿真系统，其特征在于，所述数据分析模块包括：
强度极限获取模块，用于获取所述试验样品的强度极限；
应力对比模块，用于将所述应力数据中的最大应力与所述极限强度进行对比，若所述最大应力小于所述强度极限，则所述试验样品满足中量级冲击试验标准的要求。
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