对舰船设备冲击振动试验的分析
摘要
二战以来，舰船结构方面的抗冲击能力已明显提高，但舰船设备的抗冲击振动能力较差，特别是在实战中，有些舰船在受到导弹袭击后，船体表面并未损坏，但由于设备损坏，舰船失去了战斗力。为此，各国相继开展了对舰船设备抗冲击振动的研究，并利用冲击振动试验来考核舰船设备的可靠性。
本文中我们分析了引起舰船设备冲击振动的原因：空中爆炸、水中爆炸和自身武器发射时的反冲力都对舰船设备产生冲击作用；船上的螺旋桨、主机、辅机及水动力都能引起舰船设备的振动。
利用二维切片法和水弹性理论重点分析了引起冲击的重要因素—水中非接触爆炸产生的气泡脉动压力对舰船总体的响应，为提高设备抗冲击设计要求提供了理论依据。
在水池中对舰船模型作模拟爆炸冲击试验，从试验结果来看，舰船的冲击特性随高度的不同而不同，底舰部位船体运动的高频分量，随着冲击通过船体的构件向上传递，很快衰减。为此，提出一系列的抗冲击设计要求。
在实验室中对舰船电子产品进行振动试验，通过对整机、元件的振动试验，发现共振对产品的危害最大，提出在产品设计时不仅要考虑其性能和功能，同时还要考虑产品本身的结构、工艺和内部构件的安装，从而避免在振动环境下产生共振现象。
介绍了国内外对舰船电子设备振动试验标准的制定，在一些国家的舰船电子设备标准及规范中，从内容和技术指标，包括共振检查频率范围、稳定性试验中幅值的大小、振动方向和试验时间，或多或少参考了美国MIL军用标准。
介绍了国内外舰船机械设备冲击试验的标准，各国对冲击试验中设备分类、试验类型、冲击加速度幅值、冲击脉冲波形和时间都做了具体的规定。
Since the World War Two, the ability to anti-shock of a ship has been improved obviously. But the ability to anti-shock and anti-vibration of the shipboard equipment is not well improved, especially in real war, some ships were attacked by missiles, the surface of the ships were not damaged but the ship still lost fighting ability because the shipboard equipment were damaged. Since then many countries had begun or research anti-shock and anti-vibration of the shipboard equipment in succession, and assess the reliability of the shipboard equipment by shock and vibration test.
In the paper we analyze the cause of shock and vibration of the shipboard equipment. Explosion in air and water, and counter-shock caused by shipboard weapons firing, all of these will cause the shock to shipboard equipment. Shipboard propeller, engine, auxiliary and power in water all can cause the vibration of the shipboard equipment.
By the two-dimension section method and water elasticity theory we specially analyze the important factors which cause shock-response to ship body by bubbles pulse pressure by non-contact explosion. Provide the theory basis for designing anti-shock shipboard equipment.
Illustrate the harm to shipboard electronics produced by shock and vibration. Suggest that during product designing not only its capability and function but also its structure, technology and inside parts installing should be considered, to avoid causing resonance in vibration environment.
Introduce domestic and overseas mechanical shock test standards for shipboard equipment and vibration test standards for electronics.
本文中我们分析了引起舰船设备冲击振动的原因：空中爆炸、水中爆炸和自身武器发射时的反冲力都对舰船设备产生冲击作用；船上的螺旋桨、主机、辅机及水动力都能引起舰船设备的振动。
利用二维切片法和水弹性理论重点分析了引起冲击的重要因素—水中非接触爆炸产生的气泡脉动压力对舰船总体的响应，为提高设备抗冲击设计要求提供了理论依据。
在水池中对舰船模型作模拟爆炸冲击试验，从试验结果来看，舰船的冲击特性随高度的不同而不同，底舰部位船体运动的高频分量，随着冲击通过船体的构件向上传递，很快衰减。为此，提出一系列的抗冲击设计要求。
在实验室中对舰船电子产品进行振动试验，通过对整机、元件的振动试验，发现共振对产品的危害最大，提出在产品设计时不仅要考虑其性能和功能，同时还要考虑产品本身的结构、工艺和内部构件的安装，从而避免在振动环境下产生共振现象。
介绍了国内外对舰船电子设备振动试验标准的制定，在一些国家的舰船电子设备标准及规范中，从内容和技术指标，包括共振检查频率范围、稳定性试验中幅值的大小、振动方向和试验时间，或多或少参考了美国MIL军用标准。
介绍了国内外舰船机械设备冲击试验的标准，各国对冲击试验中设备分类、试验类型、冲击加速度幅值、冲击脉冲波形和时间都做了具体的规定。
Since the World War Two, the ability to anti-shock of a ship has been improved obviously. But the ability to anti-shock and anti-vibration of the shipboard equipment is not well improved, especially in real war, some ships were attacked by missiles, the surface of the ships were not damaged but the ship still lost fighting ability because the shipboard equipment were damaged. Since then many countries had begun or research anti-shock and anti-vibration of the shipboard equipment in succession, and assess the reliability of the shipboard equipment by shock and vibration test.
In the paper we analyze the cause of shock and vibration of the shipboard equipment. Explosion in air and water, and counter-shock caused by shipboard weapons firing, all of these will cause the shock to shipboard equipment. Shipboard propeller, engine, auxiliary and power in water all can cause the vibration of the shipboard equipment.
By the two-dimension section method and water elasticity theory we specially analyze the important factors which cause shock-response to ship body by bubbles pulse pressure by non-contact explosion. Provide the theory basis for designing anti-shock shipboard equipment.
Illustrate the harm to shipboard electronics produced by shock and vibration. Suggest that during product designing not only its capability and function but also its structure, technology and inside parts installing should be considered, to avoid causing resonance in vibration environment.
Introduce domestic and overseas mechanical shock test standards for shipboard equipment and vibration test standards for electronics.
引文
[1] 於仲义．国外舰船电子设备环境振动标准综述．舰船标准化设备环境条件参考资料．1979(12)：11-20页
[2] 英国国防部规范 DEF-133．军用设备的气候、冲击和振动试验(冲击和振动部分)．舰船标准化．1963(2)
[3] 彭兴宁．舰船结构对水下非接触爆炸的响应．舰船力学情报．1994(3)：26—41页
[4] 金鸿章．舰艇用设备的冲击与振动试验的分析．船舶技术．1981(12)：1—9页
[5] 吴用舒．水面舰艇冲击环境的理论研究．六机部船舶系统工程部．1982(4)：21-25页
[6] 马纶宇，王成刚，沈荣．舰船机械设备冲击标准浅谈．噪声与振动控制．1997(6)：41-45页
[7] 陈建平．水下爆炸气泡脉动压力下舰船及其设备抗冲击性能研究．船舶科学技术．2001(6)：17-25页
[8] 付高嵩，陶友传．舰船电子设备结构的隔振缓冲技术及其设计．舰船电子工程．1999(6)
[9] 施明中．舰船尾部振动的若干问题．船舶工程研究．1982(4)
[10] 杨树国．舰船电子系统生命力评估方法的研究．2000(1)：193-203页．
[11] P．库尔著，罗耀杰，韩润杰等译．水下爆炸．国防工业出版社．1960
[12] 张耀祖，陈华，林荣国．水面舰艇生命力．海军工程学院．1989：7-18页
[13] 中华人民共和国国家标准．电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击．GB/T 2423.5-1995
[14] 中华人民共和国国家标准．电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc和导则：振动．GB/T 2423.10-1995
[15] 中华人民共和国国家军用标准．军用设备环境试验方法冲击试验．GJB150．18-1986
[16] 中华人民共和国国家军用标准．军用设备环境试验方法振动试验．GJB150．16-1986
[17] 中华人民共和国国家军用标准．舰船电气规范．GJB 13A-1997
[18] 中华人民共和国国家军用标准．舰船电子设备环境试验冲击试验．GJB 4.9-1983
[19] 中华人民共和国国家军用标准．舰船电子设备环境试验振动试验．GJB 4.7-1983
[20] 中华人民共和国国家标准．电气设备安全设计要求．GB4064-83
[21] J.R Sullivan. The Status and trends of shock design. Bureau of ships' Journal. Aug, 1965.
[22] Henry C. Pursey. Naval engineers Journal. Aug, 1976.
[2] 英国国防部规范 DEF-133．军用设备的气候、冲击和振动试验(冲击和振动部分)．舰船标准化．1963(2)
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[13] 中华人民共和国国家标准．电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击．GB/T 2423.5-1995
[14] 中华人民共和国国家标准．电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc和导则：振动．GB/T 2423.10-1995
[15] 中华人民共和国国家军用标准．军用设备环境试验方法冲击试验．GJB150．18-1986
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[17] 中华人民共和国国家军用标准．舰船电气规范．GJB 13A-1997
[18] 中华人民共和国国家军用标准．舰船电子设备环境试验冲击试验．GJB 4.9-1983
[19] 中华人民共和国国家军用标准．舰船电子设备环境试验振动试验．GJB 4.7-1983
[20] 中华人民共和国国家标准．电气设备安全设计要求．GB4064-83
[21] J.R Sullivan. The Status and trends of shock design. Bureau of ships' Journal. Aug, 1965.
[22] Henry C. Pursey. Naval engineers Journal. Aug, 1976.