舰艇管道抗冲击技术研究

刘志明,任志英,高诚辉

(福州大学 机械工程及自动化学院,福州350108)

刘志明(1992—),男,硕士研究生.E-mail:596094725@qq.com

舰艇管道抗冲击技术研究

刘志明,任志英,高诚辉

(福州大学 机械工程及自动化学院,福州350108)

舰艇抗冲击能力是提高舰艇生命力和战斗力的重要组成部分.本文广泛搜集了国内外舰艇管道系统抗冲击技术方面的文献资料,并进行了归纳与整理,从舰艇管道系统冲击分析方法、数值模拟与试验研究、减振研究等方面进行了总结综述,最后对未来的研究工作进行了展望.

舰艇管道; 抗冲击; 振动控制; 冲击试验

舰艇在服役期间难免会遭到各种冲击作用,虽然能够保持船体结构的完整,但舰艇管道却已经遭受到了功能性破坏,这直接影响舰艇的生命力和战斗力.马岛海战中,英国“谢菲尔德”护卫舰被一枚飞鱼导弹击中后便导致沉没,而美国320 t的“希曼·拉斐”号,在二战中被日本4颗炸弹和5架装满炸药的“神风”飞机击中受伤后,却顺利返回军港.随着现代军事技术的发展,水中兵器的杀伤力显著提高,舰船管道的抗冲击能力已经成为衡量舰艇作战能力的一个重要的技术指标.

舰艇管道系统的冲击是由水下非接触爆炸产生的,并经由管道支吊架、设备以及管道中的流体传递至管道的突加载荷.美国海军海上系统司令部(NAVSEA)在积累了大量的实战和实船水下爆炸实验的数据、经验的基础上,将管道系统的冲击破坏划入舰艇战队损伤分类中.因此,舰艇管道系统的冲击破坏是一个不容忽视的问题.

1 国内外舰艇管道抗冲击研究现状

国内关于舰艇管道系统的抗冲击研究还处于起步阶段,没有成熟可靠的仿真计算模型、软件和冲击载荷的预报能力,管道系统冲击试验验收等标准和规范尚处于空白[1].但国外以美国为代表的国家已经形成了抗冲击试验标准体系,并依据标准建立了完善的试验设施.正是这种差距让国内大批学者纷纷开始对管道抗冲击系统进行研究.李兆俊等[2]分析比较了等效静力加速度法、动态设计分析方法和设计谱法3种管道系统冲击的主要计算方法.姚熊亮等[3]对舰船设备的时域模拟进行了深入探讨，并详细论述了各种非线性因素的模拟方法、冲击输入及其时域转换方法.国内早期对管道系统的研究,是以简单的直管与弯管(见图1)为对象进行分析[4].刘忠族等[5]以直管为模型,建立了空间管系振动及声传播的传递矩阵法.许锋等[6]分析了管道在不用支承刚度、分布随从力及系统其他参数下的振动和稳定性.张智勇等[7]对充液管道的各种边界条件进行模态分析，而后发展成对管道整个系统及其相应设备配件(见图2)的分析.于雯等[8]应用动态响应分析方法,考虑了管路元器件、管路弯头、管路支吊架的设置对管路系统性能的影响.徐红梅等[9]计算了高压管路系统的一次应力和二次应力.姚熊亮等[10]从系统耦合振动理论出发,采用船体与设备一体化抗冲击分析方法进行抗冲击时域分析.这些学者的研究成果在一定程度上为今后他人的研究做了铺垫,甚至对实际工程也有一定的借鉴作用.

图1 简单管路模型Fig.1 Simple pipeline model

图2 复杂管路模型Fig.2 Complex pipeline model

1.1舰艇管道系统抗冲击试验研究

在试验研究方面,主要的研究手段是冲击台缩比模型试验和实船水下爆炸.实船爆炸试验是公认的舰船抗冲击问题最直接、最有效的研究方法.二战以后,美国对俘获的300多艘水面舰船和潜艇进行了实船爆炸试验,以研究核爆炸对舰艇的冲击效应.60多年来,美国每研制出一艘新型舰艇,其首制舰均须进行系列水下爆炸验收试验.该要求己列入美国的海军规范.2005年,美国把小鹰级航母“美国”号当做靶船,各种导弹、炸弹、鱼雷等从不同方位打向“美国”号,用来做抗打击试验,折腾了将近1个月,最终将这艘航母打沉(见图3(a)).2006年,美国海军工程技术人员在墨西哥湾用250多kg塑性炸药炸沉了退役航空母舰“奥里斯坎尼”号(见图3(b)).正是由于各种各样的实船爆炸试验研究,为美国积累了相当多的系统实验数据,奠定了美国海上霸主的地位.而我国由于技术与经济能力的限制,仅仅开展了几次实船水下爆炸试验.20世纪80年代初期开展了两次以科研为主要目的爆炸冲击试验，为确定扫雷舰艇设备冲击环境和冲击安全半径积累了数据.2007—2008年,海军首次以实装、实兵、实弹形式对在役新研发舰船进行了实船抗冲击爆炸考核试验,为中国在役、新研发反水雷舰艇的作战使用及改进提高提供了依据,验证了舰船抗冲击性能仿真评估方法、软件和冲击防护设施.这两次试验虽然积累了一些管系冲击资料,但还未能达到全面掌握舰船管道系统冲击问题规律,更不能为抗冲击设计和评估标准的建立提供充分数据支持.

图3 美国航母的实船爆炸试验Fig.3 The U.S.aircraft carrier ship explosion trials

实船试验需要巨额的经费、人力支持,也并不是资金充足就能做的,更需要相关的实验技术,因此，模型试验不失为最优的选择.Okeil等[11]通过模型试验研究核电站管道系统的地震响应,设计了2组模型,并改变试验模型的几何和物理参数,给出了支撑载荷减小系数和支撑延展性需求之间的经验公式.Semke等[12]对带有弹性垫圈的螺栓链接法兰(见图4)对管道系统的动态响应进行研究,发现法兰和垫圈之间的复杂相互作用对管道系统的动态结构响应几乎没有影响.结果表明,对简单的集中质量管模型的研究，能够提供足够的信息来评估管道系统的动态行为.日本核能安全组织/核能工程公司(JNES/NUPEC)耗时多年完成典型核电站管道系统(见图5)强地震载荷作用下响应的项目.美国海军“水下爆炸冲击研究与发展项目办公室(6号办公室)”，不仅拥有专门的冲击试验测试车和多达数千通道的试验测试能力,而且拥有HI-TEST冲击实验室(包括中型和轻型冲击试验机各1台,轻型浮动冲击平台(FSP)3个,中型浮动冲击平台1个),可对质量达113 400 kg的设备进行冲击考核试验;拥有水下爆炸冲击试验水池和近海海湾(鲁斯伯格爆炸冲击试验水池、阿伯丁水下爆炸冲击试验场、诺福克码头及附近切萨皮克海湾),可进行浮动平台、缩比模型和大型舱段冲击试验.

图4 管道系统与数据采集Fig.4 Pipeline system and data acquisition

图5 日本核电站管道实验模型Fig.5Experimental model of pipeline fornuclear power plant in Japan

国内试验研究较国外的研究工作,设备相对落后,起步时间也相对较晚.2002年,中国船舶重工集团公司702研究所将管道系统的缩比模型放置在跌落式冲击机上开展了冲击试验研究;2005年,中国核动力研究设计院首次在国内中型冲击机上对充液并加压的管道系统进行冲击试验.同年,冯原[13]在上海交通大学搭建了管道系统,研究冲击载荷和支座布置对管道系统冲击相应的影响,认为管道支撑刚度与管道冲击响应不存在线性关系(见图6).2009年,汪宏伟等[14]利用NPIC中型冲击机对管道系统中集中质量点的加速度响应和弯管处的应变响应进行分析研究,得到了管道系统结构参数对其冲击加速度响应和应变响应的变化趋势.2012年,沈晴晴[15]在上海交通大学管道实验模型上，验证了基于时域分析法和有限元技术建立的典型管道系统冲击性能仿真方法的精度,并对管道系统模拟过程中管道与连接件之间两种处理方式进行比较,在保证计算精度的前提下,选取刚性约束方式能大大减少计算时间.2013年,丁建军[16]设计了管道冲击试验,针对管道典型结构,研究管道支撑刚度和支座位置对管道冲击响应的影响,并验证了离散时间传递矩阵法的有效性(见图7).虽然局部缩比模型试验或者试探台的冲击和跌落试验不足以实现管道真实受力的分析,而且没有广泛的实验数据的归纳和验证,但这些试验对管道系统的抗冲击来说都是探索性的研究.

图6 上海交通大学管道实验模型图Fig.6Pipeline experiment model ofShanghai Jiao Tong University

图7 充液多跨直管冲击试验模型Fig.7Impact test model of liquid filledmulti span straight pipe

1.2舰艇管道系统抗冲击仿真研究

由于管道系统动力学模型是偏微分方程,其解析较难获得.因此，在冲击研究中,数值计算和模拟被广泛的加以应用.Bi等[17]应用有限元分析软件ANSYS来模拟粘弹性材料对管道减振的影响,并详细研究了约束层的布置方式、长度、角度、厚度、粘弹性材料的厚度及不同地震载荷对粘弹性阻尼器性能的影响.Mathan等[18]基于ANSYS软件对带垫片的凸缘法兰进行模态分析,结果表明，温度和垫片形式都对结构固有频率有明显影响.姚熊亮等[19]运用ABAQUS的声固耦合对水下爆炸模型进行计算分析.嵇春艳等[20]基于时域分析法,分别采用接触单元、固定约束单元模拟管夹、支吊架管道元器件对管道系统的约束,建立冲击荷载作用下管道系统的时域仿真计算分析方法,并通过典型船舶管道段跌落台物理模型试验对上述仿真方法进行有效修正和验证.除了传统的有限元分析软件,目前也有涉及应用专用软件对管道进行分析.张晓阳等[21]用CAESAR II软件对管道及支吊架进行热应力分析,可以大大简化蒸汽管道应力分析工作量,同时，规范支吊架设计的思路过程,在实际工程的管道支吊架设计中,取得了良好的效果.袁洪涛等[22]在CAESAR II中建立数值模型,分析了排烟管道的热胀载荷对管道的影响,比较了弹簧支架约束与刚性支架约束对高温排烟管道一次、二次应力的影响.研究发现,在高温管道中,弹簧支吊架不仅能增加管道系统的柔性,减小管道热应力,而且能降低管道对支架的约束载荷,减小管道所受的集中力.

冲击试验方法的高投入和试验本身的局限性，使得计算机仿真评估方法的重要性日渐突出.仿真评估方法需要冲击试验提供试验数据进行验证，所以仅进行理论仿真是远远不够的,必须进行相应的试验验证.

1.3舰艇管道系统抗冲击分析方法

管道系统的冲击分析模型其实来自力学,国内外的分析方法和模型差别不大.在进行理论建模时主要采用2种模型:壳模型和梁模型.由于壳模型方程为偏微分方程,求解复杂,理论解难以得到.准一维梁模型求解相对便利，但使用时应有一定的限制条件,需满足诸如弹性运动、均质、各向同性材料、小马赫数假设、高剪切系数假设等.美国在早期研究管道系统冲击问题时,主要采用有限元方法对管道系统进行单点冲击谱分析计算,并采用梁模型作为管道系统基本单元.在对舰艇管道系统进行抗冲击设计时,美国也使用了梁模型来设计等跨距管,如图8所示.我国在对管道系统冲击进行研究时,也多采用梁模型和有限元原理进行数值计算.顾文彬等[23]以直梁模型模拟管道,利用最优控制特性法建立系统的状态方程,得出最优支承座的布置位置.杜鑫等[24]以单个梁模型为基础,模拟了不同的边界条件、不同的管支吊架个数、不同的约束方向上管道的冲击响应.这些研究都不够全面,而丁建军[16]提出了当研究对象具体到管道截面,需要考察管道轴向响应变化时,使用壳单元模拟管道更合适,而梁单元模型适合模拟管道轴向响应.

除了用有限元法对管道系统进行分析外,国外学者Ulanov等[25]在粘滞阻尼系统和钢丝材料的干摩擦中,通过求滞回曲线面积来获得等效粘性阻尼系数.这种方法通过迭代法将金属橡胶材料的非线性考虑在内,并可以获得管道振动幅值及三维振动的应力.Vassal等[26]采用Galerkin法和打靶法,分析内部阻尼和基础模量的大小，研究了对位于具有可变模量Winkler类型弹性地基上的悬臂粘弹性管动态稳定性的影响.国内学者根据上述方法也进行了研究,邹光胜等[27]根据可同时使管道振动变形和控制输能量达到最小的最优控制原则，设计出最优控制器,对具有线性弹簧支承和三次方非线性运动约束的悬臂输流管道振动进行了最优控制.但Galerkin法受到了假设的振型函数及其项数(一般取2项)的限制,其精度和应用范围往往有限.对此,王忠民等[28]在管道上、下两侧对称地粘贴一对陶瓷压电片(见图9),利用压电效应使压电片对管道施加控制力矩.对运动微分方程中由控制力矩出现的Dirac Delta函数对轴向坐标的一阶导数,利用Fourier级数对其进行展开,然后采用微分求积法离散方程和边界条件.与传统的Galerkin法离散相比,有效避免了假设模态函数及其项数的选取,且适合于各种边界条件输流管道运动微分方程的离散.此外,国内对管道研究的方法也层出不穷,张晓玲等[29]采用遗传算法对管道系统支吊架的位置与刚度进行优化设计.梁建术等[30]应用伽辽金法将运动方程转化成在状态空间下的全耦合有限元方程,分析了折弯式管道高频振荡流体载荷作用下管道系统的耦合振动特性以及振动控制，发现节流孔板对加快管内流场稳定和抑制管道系统的振动是非常有效的.另外,国内学者对管道振动特性还应用了多尺度法、微分变换法、EFAST法、Sobol法、传递矩阵法,但传统的传递矩阵法并不适合处理冲击等非线性问题,针对这个问题于福临等[31]提出了离散时间精细传递矩阵法,对管道冲击响应进行模拟,并与有限元计算结果进行了对比,结果表明，该方法保证了较高的计算精度,计算时间也大为减少.

图8 等跨距管道设计示意图Fig.8 Design sketch map of equal span pipeline

2 管道支吊架优化

在管道系统中,支吊架的主要作用是承受管道载荷，约束管道位移与变形,减轻由于设备和其他外部载荷反力所引起的管道振动,提高管道系统的稳定性,保障管道和接口设备长期安全可靠地运行.但目前,无论是新建还是在役舰艇,管道系统都普遍存在支吊架失效的现象.失效的支吊架会导致管道系统偏离原设计态,对管系及其所连接的相关设备安全运行带来重大安全隐患,进而影响整个舰艇的安全性和可靠性.根据其实现功能,支架可以分为固定支架(PF)、滑动支架(PL)、导向支架(GL)和限位支架(BT)，吊架可以分为刚性吊架(SF)、弹簧吊架(SV)和恒力吊架(SC).合理优化管道及支吊架的布置能有效减小管线系统应力,提高系统在复杂工况,尤其是在危险工况下的安全性.

图9 弹性地基上输流管道的控制系统Fig.9The control system of conveyingpipe on elastic foundation

舰艇的管道系统错综复杂,管道形状、与舱壁的距离、连接设备的安装方式以及管道的冲击隔离需求等各不相同,致使管道支吊架的结构和性能参数各异,给支吊架的选型和设计带来了困难.传统管道支吊架设计工作中,存在着效率低、复用性低、结构及参数变更同步性差、准确性低等弊端.针对这些问题,李志华等[32]应用Object ARX的自定义对象将管子支架的各个组成部分抽象为一个个的子类,在管子支架类中实例化各个组成部分,有机地组合成一个整体.这样能够满足管子支架的多样性、灵活性、简便性的特点,方便了管子支架的设计,减轻了船舶生产设计者的劳动强度.唐涌涛等[33]基于核电三维布置设计平台PDMS自主成功研究开发了管道支吊架结构设计软件NPHS,实现了与PDMS平台的无缝集成,减少了程序代码规模,提高了程序执行效率;同时，简化了零部件库的三维建模和信息存储,提高了支吊架数据库的开放性和可维护性;通过零部件的连接关键点设置,提高了支吊架组装建模效率(见图10).徐先宾等[34]在Smart Plant 3D集成平台的基础上，开发了智能化支吊架(见图11);通过VB编程,开发具有复用功能的智能化支吊架，并实现了支吊架的管径自动匹配、选择面匹配、杆件自动伸缩、长度匹配、智能化抽料等功能,大大提高了支吊架设计的效率和准确性.

图10 支吊架三维标准零部件库Fig.10Three dimensional standard partslibrary of support and hanger

图11 吊架系统构造示意图Fig.11 Sketch map of structure of hanger system

王栋等[35-36]利用有限单元的形函数,推导出了结构固有频率关于支撑位置的灵敏度公式;并基于支撑位置的灵敏度公式,提出了一种渐近的支撑位置优化方法.但是,文献[36]的灵敏度公式是在假设支撑仅有线刚度而无弯曲刚度的前提下推导出来的.为解决支撑具有弯曲刚度的结构支撑位置优化问题,蹇开林等[37]采用实数编码和整数编码的广义遗传算法进行结构的支撑位置优化.庄敏等[38]应用变密度理论并建立有限元模型,对船舶的支承座进行最优化设计,优化得到的结构具有明显的桁架式结构,结构质量大大减少.国内学者不仅对管道支吊架的优化方法进行理论研究;同时,在工程实例上也进行了实践操作.宋黔等[39]针对核电站中的一段抗震管道进行分析,应用有限元法对管道系统在复杂工况下的应力进行了计算及评定,通过调整热胀应力较大处附近的支吊架功能(见图12),减少约束,改善了管道应力.陈胜伟[40]和刘延斌等[41]提出通过采用调节管系二次应力指标大小能够有效地减少管道支吊架的数量,降低对管系支吊架的不良影响,提高了化工生产工作效率.冯展管等[42]分析了管道支吊架的常见问题,通过调整管道标高和调整管道支吊架荷载的分配来对管道支吊架优化调整,管道标高和水平管道的水平坡度通过调节支吊架的吊杆长度来调节,管道支吊架的载荷分配通过冷态调整和热态调整来完成.

图12 管道模型Fig.12 Pipeline model

3 研究展望

对于艇体内管道的抗冲击设计,国内外已经开展了很多研究,也取得了一定的成果,但目前由于试验条件、技术手段的限制,进行的试验一般都是局部管道的试验,试验管道空间模型尺度非常有限,影响了模型试验结果的代表性.因此，关于大长度管道系统技术需要进一步探索,在已开展的管道抗冲击试验中,较少考虑了海水或燃油的充液管道系统抗冲击研究.由于舰艇管道内的液体(或气体)根据实际情况,产生时经常是超高温或是超低温,不同温度对管道材质、管道应力的变化以及最终产生的振动影响极大,目前较少学者研究不同温度工况时,管道受冲击后的动力学响应,以及相应的高低温管道抗冲击的具体措施.

同时,本文并未涉及对材料方面的论述,例如光纤材料、愈合管道、具有形状记忆效应的新型智能阻尼材料等,都可能是未来管道智能材料的研究方向.国外水下爆炸抗冲击标准比较完整,基本形成了抗冲击试验标准体系.我国抗冲击标准的建立应借鉴国外抗冲击标准体系的建设经验,并结合本国国情,建立有效、系统和完整的抗冲击标准.

[1] 汪玉,张磊,史少华,等.舰船水下非接触爆炸抗冲击技术综述[J].科技导报,2009,27(14):19-22.

WANG Y,ZHANG L,SHI S H,et al.Review of shock-resistance technology of naval ship for underwater non-contact explosion[J].Science & Technology Review,2009,27(14):19-22.

[2] 李兆俊,汪玉,陈学德,等.管道系统冲击设计方法分析[J].振动与冲击,2008,27(9):171-174.

LI Z J,WANG Y,CHEN X D,et al.Analysis of shock design method for pipeline system[J].Journal of Vibration and Shock,2008,27(9):171-174.

[3] 姚熊亮,冯麟涵,张阿漫.舰船设备抗冲击时域模拟研究[J].汽轮机技术,2009,51(3):190-194.

YAO X L,FENG L H.ZHANG A M.Anti-shock simulation of equipments on board in time-domain[J].Turbine Technology,2009,51(3):190-194.

[4] 郭晋挺,司马灿,刘建湖,等.舰艇管道系统的抗冲击性能弹性评估方法[J].船舶力学,2004,8(4):108-115.

GUO J T,SIMA C,LIU J H,et al.A evaluation method for the anti-shock strength safety of shipboard pipelines in elastic domain[J].Journal of Ship Mechanics,2004,8(4):108-115.

[5] 刘忠族,孙玉东,吴有生.空间管道振动频率计算的精确传递矩阵法[J].计算力学学报,2002,19(2):207-211.

LIU Z Z,SUN Y D,WU Y S.Accurate transfer matrix method of frequency calculation of spatial pipeline system[J].Chinese Journal of Computational Mechanics,2002,19(2):207-211.

[6] 许锋,郭长青,黄建红.弹性支承输流管道在分布随从力作用下的稳定性[J].工程力学,2014,31(7):234-238,256.

XU F,GUO C Q,HUANG J H.Stability of elastically supported pipes conveyingfluid with distributed follower force[J].Engineering Mechanics,2014,31(7):234-238,256.

[7] 张智勇,沈荣瀛,王强.充液管道系统的模态分析[J].固体力学学报,2001,22(2):143-149.

ZHANG Z Y,SHEN R Y,WANG Q.The model analysis of the liquid-filled pipe system[J].Acta Mechanica Solida Sinica,2001,22(2):143-149.

[8] 于雯,李曙生,沈晴晴,等.典型管路系统抗冲击性能仿真分析及改进研究[J].中国水运,2014,14(10):145-147.

YU W,LI S S,SHEN Q Q,et al.Simulation analysis and improvement research on shock resistance of typical pipeline system[J].China Water Transport,2014,14(10):145-147.

[9] 徐红梅,于洋,韩华伟.半潜式钻井平台中高压管路系统的应力分析[J].船舶工程,2011(S1):244-247.

XU H M,YU Y,HAN H W.Highpressure piping stress analysis on semi-submersible drilling rig[J].Ship Engineering,2011(S1):244-247.

[10] 姚熊亮,戴绍仕,周其新,等.船体与设备一体化抗冲击分析[J].爆炸与冲击,2009,29(4):367-374.

YAO X L,DAI S S,ZHOU Q X,et al.Numerical experiment methods for ship hull and equipment integrated analysis on shock resistance of shipboard equipments[J].Explosion and Waves,2009,29(4):367-374.

[11] OKEILA M,CHI C T.Effects of ductility on seismic response of piping systems and their implication on design and qualification[J].Nuclear Engineering & Design,1996,166(1):69-83.

[12] SEMKEW H,BIBEL G D,JERATH S,et al.Efficient dynamic structural response modelling of bolted flange piping systems[J].International Journal of Pressure Vessels & Piping,2006,83(10):767-776.

[13] 冯原.舰船复杂管道系统抗冲击问题研究[D].上海:上海交通大学,2005.

FENG Y.Research on shock resistance of complex pipeline system[D].Shanghai:Shanghai Jiao Tong University,2005.

[14] 汪宏伟,汪玉.管道系统结构及其参数对冲击响应的影响分析[J].船舶工程,2009,31(5):58-61.

WANG H W,WANG Y.Analysis of the influence of shock response of piping system to its structure and parameter[J].Ship Engineering,2009,31(5):58-61.

[15] 沈晴晴.典型管道系统抗冲击性能仿真评估研究[D].镇江:江苏科技大学,2012.

SHEN Q Q.Simulation and evaluation method for shock resistant of typical pipeline system[D].Zhenjiang:Jiangsu University of Science and Technology,2012.

[16] 丁建军.管道与船体结构耦合冲击响应分析方法研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2013.

DING J J.Research on shock response analytical method of piping system coupled with ship structure[D].Harbin:Harbin Engineering University,2013.

[17] BI K,HAO H.Numerical simulation on the effectiveness of using viscoelastic materials to mitigate seismic induced vibrations of above-ground pipelines[J].Engineering Structures,2016,123:1-14.

[18] MATHAN G,PRASAD N S.Study of dynamic response of piping system with gasketed flanged joints using finite element analysis[J].International Journal of Pressure Vessels & Piping,2012,89(1):28-32.

[19] 姚熊亮,张阿漫,许维军.声固耦合方法在舰船水下爆炸中的应用[J].哈尔滨工程大学学报,2005,26(6):707-712.

YAO X L,ZHANG A M,XU W J.Application of coupled acoustic-structural analysis to warship underwater explosion[J].Journal of Harbin Engineering University,2005,26(6):

707-712.

[20] 嵇春艳,沈晴晴,于雯,等.冲击荷载作用下船舶管道系统动力响应时域仿真分析及模型试验[J].舰船科学技术,2012,34(8):23-27.

JI C Y,SHEN Q Q,YU W,et al.Shock resistance and confirmatory experiment of typical pipeline of ships[J].Ship Science and Technology,2012,34(8):23-27.

[21] 张晓阳,韩冬峰,李良才.陆上试验场蒸汽管道支吊架合理设置[J].中国水运月刊,2014,14(10):327-328.

ZHANG X Y,HAN D F,LI L C.Reasonable arrangement of support and hanger of steam pipe in onshore test site[J].China Water Trans Dort,2014,14(10):327-328.

[22] 袁洪涛,张建,窦培林,等.弹簧支吊架在FPSO高温管道中的应用[J].船舶工程,2015(6):80-84.

YUAN H T,ZHANG J,DOU P L,et al.Application of spring hangers in high temperature pipeline of FPSO[J].Ship Engineering,2015(6):80-84.

[23] 顾文彬,冯奇.船舶管道系统弹性支承在冲击作用下的位置优化设计[J].噪声与振动控制,2002,22(4):3-6.

GU W B,FENG Q.The position optimizing of ship’pipe system support under shock excitation[J].Noise and Vibration Control,2002,22(4):3-6.

[24] 杜鑫,杜俭业,汪玉.舰船管道抗冲减振优化[J].哈尔滨工程大学学报,2011,32(6):697-701.

DU X,DU J Y,WANG Y.A study of anti-shockwaves and decreasing vibration on the pipes of a ship[J].Journal of Harbin Engineering University,2011,32(6):697-701.

[25] YLANOVA M,BEZBORODOV S A.Calculation method of pipeline vibration with damping supports made of the MR material[J].Procedia Engineering,2016,150:101-106.

[26] VASSILEVV M,DJONDJOROV P A.Dynamic stability of viscoelastic pipes on elastic foundations of variable modulus[J].Journal of Sound & Vibration,2006,297(1/2):414-419.

[27] 邹光胜,金基铎,闻邦椿.受约束悬臂输流管振动的最优控制[J].东北大学学报(自然科学版),2003,25(3):277-279.

ZOU G S,JIN J D,WEN B C.Optimal control of vibration in restrained cantilever piping for fluid delivery[J].Journal of Northeastern University(Natural Science Edition),2003,25(3):277-279.

[28] 王忠民,邹德志,姜全友.弹性地基上输流管道主参数共振的主动振动控制[J].振动与控制,2016,35(4):182-187.

WANG Z M,ZOU D Z,JIANG Q Y.Active vibration control for principal parametric resonance of pipes conveying fluid resting on an elastic foundations[J].Journal of Vibration and Shock,2016,35(4):182-187.

[29] 张晓玲,刘天彦,孙磊,等.基于功率流的管道系统振动控制及优化设计[J].核动力工程,2015,36(5):68-71.

ZHANG X L,LIU T Y,SUN L,et al.Vibration control and optimum design of piping system based on powerflow[J].Nuclear Power Engineering,2015,36(5):68-71.

[30] 梁建术,王涛,李欣业.基于Ansys的输液管道系统的振动控制分析[J].机械强度,2012,34(4):486-490.

LIANG J S,WANG T,LI X Y.Vibration control analysis of liquid-conveying pipe system based on ANSYS[J].Journal of Mechanical Strength,2012,34(4):486-490.

[31] 于福临,郭君,姚熊亮,等.舰船管道冲击响应的离散时间传递矩阵法[J].哈尔滨工业大学学报,2016,48(2):179-183.

YU F L,GUO J,YAO X L,et al.Shock response analysis of naval piping system based on discrete-time transfer matrix method[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2016,48(2):179-183.

[32] 李志华,郭涛.基于ObjectARX三维管子支架系统设计[J].造船技术,2012(3):27-30.

LI Z H,GUO T.Based on ObjectARX of 3D pipe support system[J].Marine Technology,2012(3):27-30.

[33] 唐涌涛,关晖,苏荣福,等.基于PDMS的管道支吊架结构设计软件开发[J].核动力工程,2014(4):35-38.

TANG Y T,GUAN H,SU R F,et al.Development of piping support structure design software based on PDMS[J].Nuclear Power Engineering,2014(4):35-38.

[34] 徐先宾,李尚泽,王海,等.油田地面工程常用管道支吊架开发及应用[J].石油和化工设备,2014(6):5-9.

XU X B,LI S Z,WANG H,et al.Development and application of common pipe support and hanger inoilfield surface engineering[J].Petro-Chemical Equipment,2014(6):5-9.

[35] WANG D.Optimization of support positions to maximize the fundamental frequency of structures[J].International Journal for Numerical Methods in Engineering,2004,61;1584-1602.

[36] WANG D.Optimization of support positions to minimize the maximal deflection of structures[J].International Journal of Solids and Structures,2004,41:7445-7458.

[37] 蹇开林,燕乐纬,朱学旺,等.基于遗传算法的结构支撑位置优化[J].应用力学学报,2007,24(2):306-309.

JIAN K L,YAN L W,ZHU X W,et al.Optimization for support position based on genetic algorithm[J].Chinese Journal of Applied Mechanics,2007,24(2):306-309.

[38] 庄敏,张晓东,凌以安.基于变密度理论的船舶支撑座结构优化设计[J].舰船科学技术,2016(12):52-54.

ZHUANG M,ZHANG X D,LING Y A.Brackets structure optimization design of the ship based on the theory of variable density[J].Ship Science and Technology,2016(12):52-54.

[39] 宋黔,李云龙.核电厂用管道系统支吊架布置的优化[J].中国科技博览,2011(33):133.

SONG Q,LI Y L.Optimization of support and hanger arrangement for piping system of nuclear power plant[J].China Science and Technology Review,2011(33):133.

[40] 陈胜伟.化工管道支吊架设计与优化分析[J].化工管理,2014(5):246-246.

CHEN S W.Design and optimization analysis of support and hanger for chemical pipeline[J].Chemical Enterprise Management,2014(5):246-246.

[41] 刘延斌,王仓.化工管道支吊架设计与优化分析[J].河南科技,2015(10):118-119.

LIU Y B,WANG C.Analysis on thedesign and optimization of chemical pipe support[J].Journal of Henan Science and Technology,2015(10):118-119.

[42] 冯展管,吴成军.火电厂管系应力分析及管道支吊架优化[J].中国科技信息,2014(19):89-91.

FENG Z G,WU C J.Stress analysis of piping system and optimization of pipe support and hanger in thermal power plant[J].China Science and Technology Information,2014(19):89-91.

Summarizationofshippipelineanti-shocktechnology

LIUZhiming,RENZhiying,GAOChenghui

(School of Mechanical Engineering and Automation,Fuzhou University,Fuzhou 350108, China)

Shock-resistance of the naval ship is an important part of ships survivability and combat effectiveness.This paper has collected the literatures of anti-shock technology of ship piping system at home and abroad extensively,and has been summarized and collated,and summarizes the methods of impact analysis,numerical simulation and experimental study,vibration reduction of ship piping system.And the future research work is forecasted.

ship pipeline; shock resistance; vibration control; shock test

T 19

A

1672-5581(2017)04-0291-07