典型部件对舰船管路系统抗冲击性能影响研究(3)

10三通上表面(应变花)3-11刚性固定端管路上表面3-12弯头外侧 表2 空间管系加速度测点位置Tab.2 Acceleration point position of space pipelines编号部位3-a自由端头3-b冲击台面3-c支管弯头附近3-d法兰附近 为充分利用所建立的空间管系模型，在试验过程中，同时考虑管夹类型和管夹位置对空间管系冲击响应的影响，主要使用了弹性管夹和刚性管夹，并设计了两种管夹位置的方式，如图9所示。共进行四次冲击试验，具体试验安排如表3所示。 图9 空间管系管夹位置示意图Fig.9 Pipe clamps location of space pipelines 工况编号管夹类型管夹位置1刚性管夹位置二2刚性管夹位置一3弹性管夹位置二4弹性管夹位置一 3.3 试验结果分析 针对舰船上的管路系统，一般情况下以管路系统的塑性变形情况作为其是否失效的判据。由于试验过程中应变测点较多，获得数据量较大，限于文章篇幅，不针对应变片的响应情况进行一一描述，对各工况下的应变片测得的塑性变形值统计，如表4所示。从表4可知，无论管夹位置如何变换，使用弹性管夹均可减小空间管系薄弱部位的塑性应变值。分别对比工况1和工况2、工况3和工况4塑性变形值可以看出，对于使用刚性管夹夹持的空间管系，管夹夹持位置远离弯头、三通管时，可有效地减小该部位的塑性变形情况，这与使用弹性管夹夹持的空间管路塑性变形情况恰恰相反。总体来看，4次试验过程中测得的塑性变形值均较小，可认为TA2材料的管路满足冲击要求。为分析薄弱部位的应力情况，忽略其微小的塑性变形，以工况1为例，将5#～7#、8#～10#两组应变花测得的应变值通过相关计算公式转换得到弯头处、三通处的Mises应力曲线如图10所示。从应力曲线可以看出，三通处的应力响应比弯头侧翼处的要大得多，但是试验模型应变片所贴区域范围比较大，而三通和弯头又都是管路应力集中的地方，区域的响应梯度比较明显，为进一步分析此处现象，将工况2～工况4相同部位也做相同处理，都出现上述现象。 表4 空间管系试验工况Tab.4 The plastic deformation condition of space pipelines测点编号工况编号----400.060.1503-50.0800.04-0.063-60.0700.040.063-70.130.03003--9-0.040.080.0203-100.30.-110.170.05003-120.02-0.030-0.06注:无量纲级为mε。 图10 弯管及三通管Mises应力曲线Fig.10 The Mises stress curve of elbow and tee branch 进一步分析空间管系结构的加速响应，4次工况的加速度响应峰值如表5所示。从表中冲击台面的加速度响应峰值(3-b)可知，4次试验冲击台面所提供的冲击环境误差在0.014%～5.5%，小于20%，满足试验要求。此外，由于工装件加工问题，固定支管弯头处的工装件未安装上，导致支管弯头处测点3-c试验值普遍偏小。对比工况1和工况3可知，使用弹性管夹有效地减小了管路结构加速度响应，法兰附近降低了71.1%，支管弯头附近降低了56.1%，自由端头降低了13.4%，自由端头降低的较小，可能是因为传感器位置靠近质量较大的阀体，而阀体对空间管系的冲击响应影响较大。对比工况1和工况2、工况3和工况4可探究空间管系支撑位置对管路冲击响应的影响，由对比结果可知，无论是弹性管夹或是刚性管夹夹持的空间管系，改变支撑位置在一定程度上可以降低管路的加速度响应。弹性管夹夹持下，法兰附近加速度响应降低最多，可达76%；刚性管夹夹持下，支管弯头附近降低最多，为21%。故在舰船上实际安装管路时，要根据管夹类型充分考虑管夹夹持位置，以便减小冲击载荷对管路系统的影响。 工况编号测点编号3-a3-b3-c3-d1192.1673.580.2112..8738.7179.4479..8707.1178.2389..7700.1225.2425.4 4结 论 本文基于对舰船管系失效模式和典型部件模型的分析归纳，设计并建造了一种空间管系结构。为有效获得典型部件冲击动态响应对空间管系的影响情况，在标准规定的考核工况下，展开了空间管系的冲击试验，通过对试验数据的分析，得到以下结论： (1)在管路系统中，弯头、三通及带有集中质量处容易出现较大的塑性变形，在管路设计阶段，应尽量避免部位出现在与其他设备相连接的位置。 (2)管夹类型对管路系统在冲击载荷作用下的响应有较大影响，使用弹性管夹可有效减小管路的塑性变形，降低管路的加速度响应。 (3)使用不同管夹类型的空间管系，为达到减振缓冲效果的管夹位置也有所不同

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