浮筏隔振系统拓扑优化减重研究

随着隔振技术的发展,采用浮筏隔振装置已成为控制舰艇机械振动的重要措施。浮筏筏体的结构和质量差异,对其隔振性能有较大影响,而且应用浮筏隔振必然占用更多重量、空间等资源,增加舰艇总体的负担。本文采用拓扑优化方法对浮筏隔振系统进行优化,设计了新的筏体结构,同时采用功率流的分析手段研究了振动能量在浮筏隔振系统中传递的特性,通过数值仿真结果可以看出本文优化的筏体结构在重量减轻的情况下,仍具有较好的隔振性能,验证了拓扑优化方法用于浮筏结构优化和减重的可行性,具有极其重要的工程应用价值。     

浮筏隔振系统隔振性能优化设计研究

建立了板式浮筏隔振系统有限元模型,用有限元直接法计算了隔振系统对动力学激励的加速度响应,以中间筏架各局部厚度为设计变量,以中间筏架重量为约束,以减小弹性基础振动、增加振动隔离为目标建立了优化数学模型,用可行方向法实现了隔振系统的优化设计。实例结果表明,隔振系统的优化设计可在筏架重量不增加、通过重新分布筏架的重量就可以减小基础的振动,增加浮筏系统的隔振性能;优化后基础的振动显著降低,极大地提高了隔振系统的隔振性能。     

筏架几何参数对隔振系统性能的影响分析

[目的]为了研究几何参数对浮筏隔振系统性能的影响,[方法]运用参数化建模技术建立筏架的参数化有限元模型,以振级落差作为隔振效果的评价参数。在弹性筏架总质量不变的前提下,分析筏架几何参数对系统隔振性能和筏架固有频率分布的影响。[结果]结果表明:筏架的几何参数对浮筏隔振系统隔振效果的影响主要体现在中、高频段;筏架高度、长宽比、肋板数目是影响浮筏隔振系统隔振性能和筏架固有频率分布最重要的几何参数;调整筏架几何参数是避开机械设备激振频率的有效途径之一。[结论]所得结论对浮筏隔振系统设计具有一定的工程实用价值。     

舰船浮筏减振特性研究

舰船机械设备在运转时会引起船舶结构的强迫振动,造成船舶结构的损坏,降低船载精密设备的工作精度。因此,舰船隔振技术一直是船舶工业的研究热点。舰船浮筏是一种新型的弹性减振器,它利用弹性阻尼元件将船载机械设备与船体分离,使船载设备的振动无法直接传递到船体,并通过控制和吸收振动源的弹性波达到减振的目的。本文系统分析了舰船浮筏减振器的结构与原理,建立了舰船浮筏的有限元模型,对舰船浮筏的减振特性进行基于Ansys软件平台的仿真研究,并进行了舰船浮筏的相关参数优化。     

浮筏隔振效果估算方法研究

介绍了浮筏隔振系统动态响应求解的基本原理,总结了在低频段、高中频段分别采用通用有限元程序和统计能量分析法程序进行浮筏隔振效果估算的基本方法,提出了对中间衔接频段隔振效果数据处理的模糊数学处理法,并将最终结果与试验结果进行了统计回归处理.估算结果与试验结果对比表明,采用该方法进行浮筏隔振效果估算在一定精度范围内满足工程估算要求.     

泵设备模块化成组浮筏系统隔振性能研究

针对浮筏系统多台泵设备分别安装占用空间资源大、隔振器数量多的问题,研究泵设备模块化成组安装的隔振效果,为潜艇浮筏系统减振隔振提供支撑和依据。保证浮筏结构总质量、设备数量及承载能力基本不变的前提下,通过模块化设计将各泵设备安装基座设计成共用成组筏架,使多台泵设备实现模块化成组安装。使用有限元法建立泵设备模块化成组浮筏隔振系统模型,改变成组筏架的板厚和隔振器刚度等参数,计算分析了成组筏架参数变化对浮筏系统隔振性能的影响。计算分析表明：成组安装可减少泵设备的空间资源占用及隔振器数量,合理范围内减小成组筏架板厚及降低成组筏架隔振器刚度可提高浮筏系统隔振性能,使浮筏隔振系统传递至基座端的振动降低9.3 dB,成组筏架隔振器刚度相比筏架板厚参数对系统隔振效果影响更明显。     

半主动浮筏隔振系统的模糊PID控制

对带有电流变液智能阻尼器的半主动双层浮筏隔振系统设计了一种模糊PID控制器.将半主动浮筏隔振系统中间质量的位移及其导数作为模糊控制器的输入,PID控制器的三个增益参数作为其输出,利用电流变液智能阻尼器的阻尼力可随电压变化的特性来降低中间质量的振动.仿真分析了多种激励下浮筏隔振系统的输出力响应.仿真结果表明:与最优被动阻尼和电流变液阻尼器最大阻尼系统相比,模糊PID控制下的半主动浮筏隔振系统的减振效果最好.     

基于MSC.Patran的浮筏隔振系统性能分析

采用Pro/Engineer和MSC.Patran相结合的方法创建浮筏隔振系统的有限元模型,通过MSC.Nastran对浮筏隔振系统做频域响应分析,并采用能量平均法对隔振效果进行评估,进一步研究浮筏隔振系统中主要结构参数变化对隔振性能的影响.     

舰船分散中间质量隔振系统振动特性建模

为探究中高频扰动下舰船隔振系统多维隔振的能量波动特性,考虑隔振器的分布参数特性和基础柔性,基于该动力耦合系统中子系统结构的导纳矩阵,推导系统能流传递函数,建立了复杂激励下分散中间质量隔振系统的分布参数解析模型。联系当前舰船隔振系统的应用,设置等中间质量的浮筏隔振系统作为参照组,研究了中间结构的波动效应、隔振器驻波及中间质量与机器质量比对系统振动能量传递的影响机理。分析表明,分散中间质量避免了中间结构的波动效应,降低了子系统间发生动力耦合的可能性;分散中间质量隔振系统可以明显降低目标频段隔振器驻波发生的几率,改善了高频隔振效果;在兼顾舰船设计空间和重量的要求下,适当增大分散中间质量可以拓宽该系统的有效隔振区间。     

考虑作动器输出约束的分散中间质量混合隔振系统建模分析

[目的]研究舰船主动隔振系统的能量波动特性。[方法]首先,建立一种浮筏混合隔振系统广义数理模型,包含有多向复合扰动振源、分布参数主/被动一体式隔振器、分散中间质量及弹性安装基础,并从声振能传递与控制角度揭示系统的耦合振动机理。然后,结合工程中隔振系统的应用,设置等中间质量的浮筏隔振系统作为参照组,研究隔振器内共振、中间结构波动效应、中间质量与机器质量比以及不同作动器布置方案对系统能量传递的影响。[结果]分析结果表明:相比于传统的浮筏隔振系统,尤其是在中、高频共振区,分散中间质量隔振系统对于振动能量的隔离效果有明显的提高;对作动器施加约束降低了未施加约束时的理论预测误差。[结论]此类混合隔振系统在整个频段内具有良好的隔振效果,隔离性能超过传统隔振系统15 dB以上,且考虑作动器输出约束后更符合工程实际。