甲板模擬器對(duì)浮動(dòng)沖擊平臺(tái)沖擊環(huán)境的調(diào)節(jié)數(shù)值分析

郭君，楊勇*，王美婷，謝浩

1哈爾濱工程大學(xué) 船舶工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001

2武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北武漢 430205

0 引言

浮動(dòng)沖擊平臺(tái)（FSP）作為大型設(shè)備的抗沖擊考核試驗(yàn)系統(tǒng)，主要為設(shè)備考核提供所需的沖擊環(huán)境輸入。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)水下爆炸沖擊載荷作用下浮動(dòng)沖擊平臺(tái)的響應(yīng)特性、結(jié)構(gòu)與設(shè)備的相互作用進(jìn)行了系列分析［1-4］。浮動(dòng)沖擊平臺(tái)雖然可以用于考核艦載設(shè)備的抗沖擊能力，但與整船試驗(yàn)不同。在強(qiáng)沖擊載荷的反復(fù)作用下，浮動(dòng)沖擊平臺(tái)需要有較高的強(qiáng)度和剛度，其沖擊輸入頻率成分與整船試驗(yàn)的不同，浮動(dòng)沖擊平臺(tái)主要依靠剛體運(yùn)動(dòng)提供設(shè)備的沖擊輸入［5］，而試驗(yàn)中的船體則主要依靠自身的彈性變形，前者的沖擊輸入主要集中在中頻段內(nèi)，后者則取決于船體結(jié)構(gòu)的固有頻率。因此，對(duì)于沖擊載荷頻率成分有著特殊要求的設(shè)備，浮動(dòng)沖擊平臺(tái)難以滿足考核要求。

為了深入研究設(shè)備考核技術(shù)，增強(qiáng)設(shè)備沖擊考核的精細(xì)化控制，需要考慮一種對(duì)設(shè)備沖擊環(huán)境有調(diào)頻作用的結(jié)構(gòu)。美軍標(biāo)MIL-S-901D設(shè)備抗沖擊考核規(guī)范中提到一種對(duì)設(shè)備沖擊環(huán)境有調(diào)節(jié)作用的結(jié)構(gòu)，這對(duì)于考核沖擊頻率有著特殊要求的設(shè)備具有重要參考價(jià)值，但目前我國(guó)的類似研究涉及尚淺。

本文將以大型浮動(dòng)沖擊平臺(tái)為基礎(chǔ)，參照MIL-S-901D規(guī)范，在距離內(nèi)底板一定高度的上層空間內(nèi)安裝一個(gè)甲板模擬器［6］來(lái)模擬艦船甲板結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備沖擊環(huán)境的調(diào)頻作用。考慮眾多學(xué)者使用數(shù)值仿真方法［7-10］研究水下爆炸沖擊載荷作用下艦船及平臺(tái)響應(yīng)的情況，利用數(shù)值仿真研究甲板結(jié)構(gòu)的沖擊環(huán)境，將內(nèi)底板與設(shè)備安裝處（甲板模擬器）的沖擊環(huán)境進(jìn)行對(duì)比分析，探究甲板模擬器的調(diào)頻效果，以為我國(guó)浮動(dòng)平臺(tái)上的甲板模擬器應(yīng)用提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 甲板模擬器基本結(jié)構(gòu)

本文研究中的甲板模擬器由4根矩形梁和輔助板混合安裝而成，其結(jié)構(gòu)形式參考了MIL-S-901D規(guī)范，輔助板焊接在梁上端兩側(cè)，如圖1所示（單位：mm）。其中，輔助板厚度10 mm，矩形梁尺寸0.5 m×0.4 m，梁厚度15 mm。為便于拆卸和安裝，甲板模擬器兩端通過(guò)特定的連接裝置與浮動(dòng)平臺(tái)端部的箱型梁相連。同時(shí)，為了滿足不同安裝頻率的要求，在甲板模擬器上設(shè)置了可滑動(dòng)的支撐腿結(jié)構(gòu)，并均勻布置在矩形梁的中間，支撐腿上部通過(guò)螺栓與甲板模擬器相連，在下部將T型材的腹板固定在內(nèi)底上。當(dāng)支撐腿的位置改變時(shí)，甲板模擬器的位置也隨之改變。為便于對(duì)甲板模擬器進(jìn)行分析，用d來(lái)表示支撐腿與甲板模擬器端部的距離。

在實(shí)際試驗(yàn)中，為了符合不同設(shè)備的安裝頻率要求，需要為甲板模擬器設(shè)計(jì)不同類型的結(jié)構(gòu)，因此將甲板模擬器與浮動(dòng)沖擊平臺(tái)的連接方式設(shè)計(jì)為可分離的，兩者之間通過(guò)可拆卸連接構(gòu)件耦合。相較于浮動(dòng)沖擊平臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)，甲板模擬器的剛度較弱，因此在兩者的連接部位采用了如圖2所示的加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)。這樣做，一方面是便于它們之間的結(jié)構(gòu)過(guò)渡，另一方面是為了減小其端部的應(yīng)力集中。圖3所示為研究建立的甲板模擬器有限元模型。

圖2 連接構(gòu)件示意圖Fig.2 Schematic diagram of the connection components

圖3 甲板模擬器有限元模型Fig.3 Finite element model of deck simulator

2 甲板模擬器與設(shè)備相互作用的理論分析

2.1 理論模型建立

當(dāng)設(shè)備安裝在甲板模擬器上時(shí)，浮動(dòng)平臺(tái)、甲板模擬器和設(shè)備構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，三者之間存在相互作用。若只考慮甲板模擬器與設(shè)備的第1階模態(tài)，可將設(shè)備與甲板模擬器簡(jiǎn)化為2個(gè)彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，如圖4所示。圖中：m1，m2分別為甲板模擬器質(zhì)量和設(shè)備質(zhì)量；k1，k2分別為甲板模擬器剛度和設(shè)備剛度；x1，x2分別為甲板模擬器位移響應(yīng)和系統(tǒng)受到?jīng)_擊時(shí)設(shè)備的位移響應(yīng)。

圖4 甲板模擬器與設(shè)備相互作用的理論計(jì)算模型Fig.4 Theoretical calculation model representing interaction of deck simulator and equipment

式（1）可改寫為

將式（3）采用矩陣形式表示為

令

則式（4）簡(jiǎn)化為

式中：M為質(zhì)量矩陣；K為剛度矩陣；P為激勵(lì)力列陣；y為位移列陣。

設(shè)式（5）解的形式為y=Aeiωt，其中A為系統(tǒng)自由振動(dòng)時(shí)的振幅矢量，ω為無(wú)阻尼自由振動(dòng)的固有圓頻率，求解其特征方程，可得

即

因A1，A2不全為0，求解式（4）～式（7），可得

式中：ω01和ω02分別為甲板模擬器和設(shè)備單獨(dú)存在時(shí)的固有圓頻率，；a=m2/m1，為設(shè)備與甲板模擬器的質(zhì)量比。

由式（8）解得式（4）方程的根，也即特征值為

式中，特征值ω1，ω2分別為甲板模擬器與設(shè)備耦合系統(tǒng)的第1，2階固有頻率。

2.2 甲板模擬器與設(shè)備相互作用驗(yàn)證

本文旨在探討甲板模擬器與設(shè)備間的相互作用，以及甲板模擬器與甲板功能的相似性對(duì)設(shè)備安裝頻率處沖擊環(huán)境的調(diào)節(jié)作用，所以并未嚴(yán)格按照MIL-S-901D規(guī)范中的質(zhì)量要求規(guī)定模擬器與設(shè)備間的質(zhì)量關(guān)系。根據(jù)所建立的甲板模擬器有限元模型，表1給出了甲板模擬器和設(shè)備的質(zhì)量及剛度。其中，模擬器—設(shè)備系統(tǒng)的第1，2階耦合頻率分別為f1=5.7 Hz，f2=26.3 Hz。對(duì)圖4模型施加如圖5所示沖擊載荷的激勵(lì)后，得到耦合系統(tǒng)中m1處的沖擊譜及沖擊載荷的沖擊譜，如圖6所示。

表1 甲板模擬器和設(shè)備的參數(shù)Table 1 The parameters of deck simulator fixture and equipment

圖5 半正弦波加速度激勵(lì)Fig.5 Excitation of semi-sinusoidal acceleration

圖6 沖擊激勵(lì)下m1處的沖擊譜Fig.6 Shock spectra ofm1under the shock excitation

從圖6可以看出，在甲板模擬器—設(shè)備耦合系統(tǒng)中，m1處的沖擊譜曲線在兩者的耦合頻率f1和f2處出現(xiàn)了峰值，并且沖擊譜曲線在這2個(gè)頻率附近的沖擊譜明顯高于原始沖擊載荷的沖擊譜，這說(shuō)明甲板模擬器會(huì)改變?cè)O(shè)備所受激勵(lì)力的成分，這也是浮動(dòng)沖擊平臺(tái)之所以要安裝甲板模擬器的原因。對(duì)于受試設(shè)備，其安裝頻率很難改變，故只能通過(guò)調(diào)整甲板模擬器的方法來(lái)滿足試驗(yàn)要求。

假設(shè)設(shè)備質(zhì)量及安裝頻率不變，改變甲板模擬器的剛度，使其安裝頻率分別為10，15，20和25 Hz，得到如圖7所示不同甲板模擬器安裝頻率下的沖擊譜。同時(shí)，為了更好地觀察，對(duì)局部進(jìn)行了放大，如圖8所示。

從圖8可以看出，在甲板模擬器的剛度變化情況下，沖擊譜曲線上均出現(xiàn)了2個(gè)峰值，且隨著甲板模擬器安裝頻率的增大，沖擊譜曲線對(duì)應(yīng)峰值對(duì)應(yīng)的頻率（耦合頻率）也隨之增大，其結(jié)果有利于通過(guò)改變甲板模擬器的剛度達(dá)到調(diào)整預(yù)定特定頻段內(nèi)的沖擊譜效果。當(dāng)?shù)皖l段較小時(shí)，可以將甲板模擬器的剛度變小。相反地，當(dāng)中頻段較小時(shí)，可以將甲板模擬器的剛度增大。

圖7 不同甲板模擬器安裝頻率下的沖擊譜Fig.7 Shock spectra of deck simulator fixture with different installation frequencies

圖8 圖7沖擊譜的局部放大圖Fig.8 Close-up view of the shock spectra shown in Fig.7

3 甲板模擬器沖擊環(huán)境的討論及對(duì)比

2.2 節(jié)說(shuō)明了甲板模擬器的作用。本節(jié)將在浮動(dòng)沖擊平臺(tái)安裝甲板模擬器后，分別對(duì)未安裝設(shè)備和安裝設(shè)備情況下甲板模擬器的沖擊環(huán)境進(jìn)行比較分析，以驗(yàn)證甲板模擬器對(duì)任意頻段內(nèi)的設(shè)備沖擊輸入的調(diào)節(jié)作用。

3.1 未安裝設(shè)備時(shí)的沖擊環(huán)境

為研究甲板模擬器的抗沖擊調(diào)頻效果，需要了解未安裝設(shè)備時(shí)甲板模擬器的沖擊環(huán)境與內(nèi)底板的沖擊環(huán)境間的差異。若兩者差異不明顯，則說(shuō)明甲板模擬器的作用不大，也就沒有必要再安裝設(shè)備以及計(jì)算甲板模擬器對(duì)設(shè)備沖擊環(huán)境的影響。因此，分析未安裝設(shè)備時(shí)甲板模擬器的沖擊環(huán)境十分必要。為此，本文選取了3種典型工況（d=0，2，4 m）進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)于其他工況，可以參考上述3種典型工況來(lái)預(yù)估對(duì)應(yīng)的沖擊環(huán)境。

1）d=0m工況。

根據(jù)MIL-S-901D規(guī)范所述工況2，本文采用ABAQUS程序中的“聲固耦合法”設(shè)置相應(yīng)的藥包質(zhì)量和爆距，計(jì)算在水下爆炸沖擊載荷作用下浮動(dòng)沖擊平臺(tái)內(nèi)底及甲板模擬器的響應(yīng)。圖9所示為從其上相對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)1，2）提取的沖擊譜。

從圖9可以看出，當(dāng)未安裝設(shè)備時(shí)，在低頻段，甲板模擬器上的測(cè)點(diǎn)得到的沖擊譜曲線均在相對(duì)應(yīng)的內(nèi)底板沖擊譜曲線之上，且含有一個(gè)共同的峰值點(diǎn)，頻率為f01=6.7 Hz，即耦合系統(tǒng)中甲板模擬器的第1階固有頻率。

從沖擊輸入的角度來(lái)看，甲板模擬器與內(nèi)底板端部受到的沖擊載荷的激勵(lì)相同，但內(nèi)底板的剛度遠(yuǎn)大于甲板模擬器的剛度，結(jié)果導(dǎo)致內(nèi)底板的沖擊載荷與原始沖擊載荷的激勵(lì)相同，而甲板模擬器卻在原始沖擊載荷的激勵(lì)下產(chǎn)生了頻率選擇效應(yīng)，甲板模擬器沖擊譜曲線在其自身的固有頻率上出現(xiàn)峰值。

圖9 d=0 m時(shí)甲板模擬器與內(nèi)底板的沖擊譜對(duì)比（未裝設(shè)備）Fig.9 Shock spectra comparisons between deck simulator and inner bottom whend=0m（non-installed equipment）

以圖10所示甲板模擬器與浮動(dòng)沖擊平臺(tái)的二自由度計(jì)算模型解釋此現(xiàn)象。圖中：M1為浮動(dòng)沖擊平臺(tái)質(zhì)量，M2為甲板模擬器質(zhì)量，K1，K2分別為對(duì)應(yīng)的剛度；X1，X2分別為浮動(dòng)沖擊平臺(tái)和設(shè)備受到?jīng)_擊后的位移響應(yīng)。分析時(shí)，假設(shè)M1=200 t，K1=1.97×106N/m；M2=20 t，K2=3.16×108N/m，M2的耦合系統(tǒng)的頻率（安裝頻率）f02=20 Hz。對(duì)計(jì)算模型施加如圖7所示的加速度激勵(lì)，得到如圖11所示M2處的沖擊譜。從M2的沖擊譜在f02處出現(xiàn)峰值，這也解釋了甲板模擬器的沖擊譜曲線上出現(xiàn)峰值的現(xiàn)象，即甲板模擬器上的峰值代表了其自身的固有頻率。

圖10 甲板模擬器與浮動(dòng)沖擊平臺(tái)相互作用的理論計(jì)算模型Fig.10 Theoretical calculation model representing interaction of deck simulator and floating shock platform

圖11 沖擊激勵(lì)下M2處的沖擊譜Fig.11 Shock spectrum ofM2under shock excitation

2）d=2m工況。

在此工況下，采用與d=0 m工況相同的方法，計(jì)算浮動(dòng)沖擊平臺(tái)在水下爆炸載沖擊荷作用下的響應(yīng)，得到如圖12所示甲板模擬器與內(nèi)底板上不同測(cè)點(diǎn)的沖擊譜，以此分析甲板模擬器的沖擊環(huán)境特點(diǎn)。

從圖12可以看出，當(dāng)未安裝設(shè)備時(shí)，浮動(dòng)沖擊平臺(tái)上甲板模擬器上的測(cè)點(diǎn)得到的沖擊譜曲線基本上均在相對(duì)應(yīng)的內(nèi)底板沖擊譜曲線之上，且含有一個(gè)共同的峰值點(diǎn)，頻率為f01=8.5 Hz。對(duì)比d=0m工況時(shí)的峰值頻率，可以發(fā)現(xiàn)支撐點(diǎn)的存在導(dǎo)致甲板模擬器的頻率增大。

圖12 d=2m時(shí)甲板模擬器與內(nèi)底板沖擊譜對(duì)比（未裝設(shè)備）Fig.12 Shock spectra comparisons between deck simulator and inner bottom whend=2m（non-installed equipment）

圖13 d=4 m時(shí)甲板模擬器與內(nèi)底沖擊環(huán)境對(duì)比（未裝設(shè)備）Fig.13 Shock spectra comparisons between deck simulator and inner bottom whend=4 m（non-installed equipment）

3）d=4 m工況。

在此工況下，使用相同方法計(jì)算浮動(dòng)沖擊平臺(tái)在水下爆炸沖擊載荷作用下的響應(yīng)，得到如圖13所示甲板模擬器與內(nèi)底板上不同測(cè)點(diǎn)的沖擊譜，以此對(duì)比分析甲板模擬器的沖擊環(huán)境特點(diǎn)。

從圖13可以看出，當(dāng)未安裝設(shè)備時(shí)，浮動(dòng)沖擊平臺(tái)上甲板模擬器的測(cè)點(diǎn)得到的沖擊譜曲線基本上均在相對(duì)應(yīng)的內(nèi)底板沖擊譜曲線之上，且含一個(gè)共同的峰值點(diǎn)，頻率為f01=19.5 Hz。同時(shí)，測(cè)點(diǎn)1的峰值相比測(cè)點(diǎn)2的較小，這是由于測(cè)點(diǎn)2位于中間部位受第1階振動(dòng)的影響最大所致。

為研究不同甲板模擬器的沖擊環(huán)境特性，以測(cè)點(diǎn)2為研究對(duì)象，將上述3種工況下測(cè)點(diǎn)2得到的沖擊譜合并進(jìn)行對(duì)比，如圖14所示。

圖14 不同甲板模擬器下測(cè)點(diǎn)2的沖擊譜對(duì)比Fig.14 Shock spectra of gauging point-2 in different deck simulators

從圖14可以看出，不同工況下沖擊譜曲線在1.5 Hz之前基本重合，這代表了浮動(dòng)沖擊平臺(tái)的整體運(yùn)動(dòng)；之后，所有沖擊譜曲線均出現(xiàn)了峰值點(diǎn)，且隨著d的增大，沖擊譜的峰值頻率也隨之增大，這與甲板模擬器的變化一致，也證明了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

對(duì)于沖擊環(huán)境的比較，通常通過(guò)譜速度、譜位移、譜加速度的值來(lái)衡量其沖擊環(huán)境的大小，并提取不同工況下測(cè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)譜。由于測(cè)點(diǎn)布置的位置不同，本節(jié)采用了所有測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)譜的平均值，如表2所示。根據(jù)表2，得到如圖15所示設(shè)計(jì)譜對(duì)比結(jié)果。

從圖15可以看出，浮動(dòng)沖擊平臺(tái)上甲板模擬器的譜位移相比于內(nèi)底板有所增加，且隨著d的增加譜位移越來(lái)越大，而甲板模擬器的譜速度相比于內(nèi)底板在不同d下呈現(xiàn)出了不同的規(guī)律：即在d=0m和d=2m時(shí)，甲板模擬器上的譜速度略低于內(nèi)底板的；而當(dāng)d=4m時(shí)，甲板模擬器上的譜速度明顯大于內(nèi)底板上的；對(duì)于譜加速度而言，甲板模擬器上的譜值均低于內(nèi)底板上的，這與甲板的濾波效應(yīng)一致，該效應(yīng)能夠減小高頻載荷的激勵(lì)；并且，甲板模擬器的譜加速度隨著d的增大而減小。

表2 不同工況下甲板模擬器和內(nèi)底板的設(shè)計(jì)譜值Table 2 Design spectrum values of deck simulator and inner bottom under different conditions

圖15 不同工況下的設(shè)計(jì)譜值對(duì)比Fig.15 Comparisons of design spectrum values under different conditions

總之，當(dāng)未安裝設(shè)備時(shí)，相比于內(nèi)底板，甲板模擬器會(huì)出現(xiàn)譜位移減小和譜加速度增加的情況，而譜速度的變化則較小。同時(shí)，甲板模擬器上的譜位移、譜速度、譜加速度均與d密切相關(guān)。

3.2 安裝設(shè)備時(shí)的沖擊環(huán)境

浮動(dòng)沖擊平臺(tái)主要是為受試設(shè)備提供沖擊輸入，當(dāng)內(nèi)底板的沖擊環(huán)境不能滿足試驗(yàn)要求時(shí)，可以通過(guò)安裝甲板模擬器的方法來(lái)改變沖擊環(huán)境。為此，將80 t的設(shè)備彈性安裝在甲板模擬器上，安裝頻率為常見的10 Hz。為了說(shuō)明沖擊環(huán)境的變化，本文仍選取上文3種典型工況進(jìn)行對(duì)比分析，并將設(shè)備隔振器下測(cè)點(diǎn)的沖擊環(huán)境與內(nèi)底板的相比較，以考察設(shè)備所在頻段附近沖擊環(huán)境的變化情況。圖16和圖17所示分別為設(shè)備安裝圖及隔振器布置圖（包括設(shè)備安裝處的4個(gè)測(cè)點(diǎn)位置），圖18～圖20為提取得到的沖擊譜曲線。

圖16 設(shè)備安裝示意圖Fig.16 Schematic diagram of equipment installation

1）d=0 m工況。

從圖18可以看出，甲板模擬器上測(cè)點(diǎn)的沖擊譜曲線在設(shè)備安裝頻率f02處出現(xiàn)了明顯的譜跌現(xiàn)象，且含有2個(gè)明顯的峰值對(duì)應(yīng)于耦合頻率f1和f2。與內(nèi)底板上測(cè)點(diǎn)的沖擊譜相比，甲板模擬器上測(cè)點(diǎn)的沖擊譜曲線在低頻段明顯高于內(nèi)底板；在中頻段，兩者具有相同的峰值頻率f2，該頻率可能是沖擊波中的優(yōu)勢(shì)頻率。為此，將同一設(shè)備以相同安裝頻率安裝在不同剛度下的甲板模擬器上，若甲板模擬器上的測(cè)點(diǎn)與內(nèi)底板上測(cè)點(diǎn)中的優(yōu)勢(shì)頻率不一致，則說(shuō)明f2為設(shè)備與甲板模擬器的耦合頻率。

圖18 d=0m時(shí)甲板模擬器與內(nèi)底板的沖擊譜對(duì)比（裝設(shè)備）Fig.18 Shock spectra comparisons between deck simulator and inner bottom when d=0 m（installed equipment）

圖19 d=2 m時(shí)甲板模擬器與內(nèi)底沖擊譜對(duì)比（裝設(shè)備）Fig.19 Shock spectra comparisons between deck simulator and inner bottom when d=2 m（installed equipment）

2）d=2m工況。

從圖19可以看出，當(dāng)安裝設(shè)備后，甲板模擬器上測(cè)點(diǎn)的沖擊譜曲線在設(shè)備安裝頻率f02處出現(xiàn)了明顯的譜跌現(xiàn)象，且含有2個(gè)明顯的峰值頻率f1和f2。與內(nèi)底板上測(cè)點(diǎn)的沖擊譜相比，甲板模擬器上測(cè)點(diǎn)的沖擊譜曲線在低頻段明顯高于內(nèi)底板。

3）d=4m工況。

從圖20可以看出，當(dāng)安裝設(shè)備后，甲板模擬器上測(cè)點(diǎn)1，2的沖擊譜曲線在設(shè)備安裝頻率f02處并未出現(xiàn)明顯的譜跌現(xiàn)象，且與前2種工況相比，測(cè)點(diǎn)1，2的內(nèi)底板沖擊譜曲線與甲板模擬器的相比區(qū)別較大。為此，本文在此工況下，另外給出了測(cè)點(diǎn)3，4的沖擊譜（圖20（c）和圖20（d））。從這2個(gè)測(cè)點(diǎn)可以看出具有更明顯的譜跌現(xiàn)象和峰值頻率，但內(nèi)底板與甲板模擬器在低頻段內(nèi)的沖擊譜無(wú)較大差別，這說(shuō)明測(cè)點(diǎn)的位置選取對(duì)沖擊譜有著很大的影響。

為研究不同甲板模擬器的沖擊環(huán)境特性，以測(cè)點(diǎn)1，3為研究對(duì)象，將3種工況下測(cè)點(diǎn)1，3的沖擊譜分別合并進(jìn)行對(duì)比，如圖21所示。

從圖21可以看出，隨著d的增大，甲板模擬器上測(cè)點(diǎn)沖擊譜曲線的峰值頻率隨之增大，與上文的理論計(jì)算規(guī)律一致，這也證明了計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性。圖22和表3分別為提取不同工況下測(cè)點(diǎn)1沖擊譜曲線的峰值頻率和設(shè)計(jì)譜。

圖20 d=4m時(shí)甲板模擬器與內(nèi)底沖擊譜對(duì)比（裝設(shè)備）Fig.20 Shock spectra comparisons between deck simulator and inner bottom when d=4 m（installed equipment）

圖21 不同甲板模擬器下的沖擊譜對(duì)比Fig.21 Comparison of shock spectra with different deck simulator

圖22 不同工況下測(cè)點(diǎn)1的峰值頻率Fig.22 Peak frequencies at gauging point-1 when d are different

表3 不同工況下甲板模擬器的設(shè)計(jì)譜值Table 3 Design spectrum values when d are different

從表3和圖22可以看出，測(cè)點(diǎn)1峰值頻率隨d的變化近似為線性增加的關(guān)系，這樣的結(jié)果有利于實(shí)際工程上的應(yīng)用。若要實(shí)現(xiàn)不同的峰值頻率，可以通過(guò)插值得到相應(yīng)的d。

從表3可以看出，設(shè)備安裝時(shí)測(cè)點(diǎn)1處的譜位移、譜速度是隨著d的增大而減小，而譜加速度則是隨著d的增大而增大。在d=0 m和d=2 m工況下，譜速度僅相差4%，可以近似認(rèn)為無(wú)區(qū)別，但譜加速度卻相差65%。從能量輸入角度來(lái)看，高頻段譜加速度代表了設(shè)備所受的力，對(duì)于存在支撐的情況，它會(huì)使內(nèi)底板的輸入傳遞到甲板模擬器上，相當(dāng)于載荷輸入增大，從而使設(shè)備受到的力也隨之增大；低頻段的譜位移代表了設(shè)備相對(duì)于基礎(chǔ)的位移，當(dāng)d增大時(shí)，甲板模擬器的剛度會(huì)增大，相應(yīng)地，甲板模擬器的位移隨之減小，從而使譜位移降低。

4 結(jié)論

本文根據(jù)甲板模擬器—設(shè)備模型從理論上分析了甲板模擬器對(duì)設(shè)備輸入的調(diào)頻機(jī)理，并進(jìn)行了算例驗(yàn)證。驗(yàn)證時(shí)，在浮動(dòng)沖擊平臺(tái)上安裝甲板模擬器后發(fā)現(xiàn)甲板模擬器的沖擊環(huán)境明顯有別于平臺(tái)內(nèi)底板，且與甲板模擬器的參數(shù)有著密切關(guān)系。通過(guò)分析，得出以下結(jié)論：

1）甲板模擬器的固有頻率隨著d的增大而增大，兩者近似呈線性關(guān)系；在預(yù)估對(duì)甲板模擬器的固有頻率時(shí)，可以通過(guò)d的插值得到。

2）當(dāng)甲板模擬器上未安裝設(shè)備時(shí)，測(cè)點(diǎn)的沖擊譜曲線存在一個(gè)峰值頻率，隨著d的增大而增大，與理論計(jì)算值趨于一致，這有利于在試驗(yàn)前對(duì)沖擊譜的峰值頻率進(jìn)行預(yù)估，以滿足對(duì)設(shè)備安裝頻率的需求。

3）當(dāng)設(shè)備彈性安裝在不同甲板模擬器上時(shí)，設(shè)備安裝位置處的沖擊譜在安裝頻率處均出現(xiàn)了明顯的譜跌現(xiàn)象，此時(shí)譜曲線存在2個(gè)峰值頻率，且隨著d的增大而增加；設(shè)備的譜位移、譜速度隨著d的增大而減小，而譜加速度則隨著d的增大而增加。這說(shuō)明，通過(guò)改變甲板模擬器的固有屬性，可以實(shí)現(xiàn)在任意頻段內(nèi)對(duì)設(shè)備的輸入起到調(diào)頻作用。