船用燃气轮机关键部件抗冲击优化研究
摘要
燃气轮机具有高效、节能、低污染等优越的性能，现代舰船中，燃气轮机已经成
为水面舰艇上的主要动力装置。经仿真计算和试验研究发现，燃气轮机在遭受水下爆
炸载荷作用后，冲击载荷先由机舱甲板安装基座传递到燃机隔离器包括减振器和限位
器，其次传递到燃机底架，之后由底架传递到燃机的支架上，最后由支架传递到燃机
的机匣及其内部部件。因此通过对燃机隔离器，燃机支架，以及燃机机匣三个关键冲
击部件进行优化以提高燃机在复杂冲击激励下的抗冲击性能具有重要意义。本文具体
工作内容如下：
（1）首先，建立了燃气轮机的简化模型，主要针对燃机隔离器、支架和机匣三个
主要冲击部件进行优化前的计算分析。通过模态分析保证所建立简化模型的有效性，
进一步对燃机进行水下爆炸冲击仿真计算，对燃机部件进行了冲击强度计算，校核了
部件强度是否满足要求，选取了燃机部件的部分考核点，对比分析了考核点冲击前后
的冲击响应。
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（）其次，通过不同试验设计方法对数据进行抽样，分别建立燃机隔离系统冲击
的PRS，RBF，Kriging和OA四种代理模型，并介绍代理模型评价指标。通过对比不
同代理模型的评价指标选择精度最高的代理模型，基于选择的代理模型，建立燃机隔
离系统优化数学模型，通过优化算法对燃机隔离系统进行多目标参数寻优，并对隔离
器的布局进行优化，以提高隔离系统的抗冲击性能。
（3）然后，采用变密度法求解燃机支架结构的拓扑优化问题，采用变密度法中的
SIMP材料插值模型，基于设备抗冲击方法中的等效静力法对燃机支架进行了拓扑优化
设计，通过有限元分析软件ABAQUS中内置的TOSCA软件定义所研究对象的拓扑优
化数学模型，经过拓扑优化后燃机支架的抗冲击性能得到提高。
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（）最后，通过优化软件平台对仿真软件进行集成，通过三维建模软件对燃气轮
机进行参数化建模；使用网格划分软件自动进行燃机结构网格划分；后由有限元分析
软件对模型进行了水下爆炸冲击仿真计算；最后通过优化软件平台对上述软件进行集
成，搭建模型建模，分网，计算的自动化平台，以燃机机匣参数为设计变量进行机匣
抗冲击优化设计。
关键词：燃气轮机；水下爆炸；代理模型；拓扑优化；软件集成
船用燃气轮机关键部件抗冲击优化研究
Abstract
Gasturbinehassuperiorperformanceofhighefficiency,energysaving,lowpollution,
etc.Inmodernships,gasturbinehasbecomethemainpowerdeviceonsurfaceships.The
simulationcalculationandexperimentalresearchfoundthatafterthegasturbineissubjected
totheunderwaterexplosionload,theimpactloadisfirsttransferredfromthenacelledeck
mountingbasetothecombustionengineisolatorincludingthedamperandlimiter,thentothe
combustionenginebottombracket,andthenfromthebottombrackettothecombustion
enginebracket,andfinallyfromthebrackettothecombustionenginemagazineandits
internalcomponents.Therefore,itisimportanttooptimizethethreekeyimpactcomponents,
namelythecombustionengineisolator,thecomb