结构形式对船体振动的影响分析

以船体主机下肋板为例,研究船体振动时船底肋板在频率10～150Hz范围振动剧烈的减振方法。通过改变结构的刚度和阻尼,探讨降低肋板剧烈振动的方法。其中改变结构的刚度,包括改变板厚和安装加强筋等,改变阻尼是通过敷设阻尼层来实现。利用ANSYS有限元软件进行模拟计算,对比分析结构的刚度和阻尼发生变化时肋板的振动变化,得出改变结构的刚度和阻尼都可以对局部振动起到降低振动的效果。从实际应用的经济性考虑,安装加强筋方法最优。     

阻尼处理多向加筋板的振动响应及声辐射

针对三种加强筋且横向加强筋为大小两种不同结构的典型加筋船板,考虑船板的弯曲振动,并计及船板内侧敷设粘弹性阻尼材料的阻尼处理和船板外侧重流体作用力,借助无限大板理论和经典波动法,建立了解析数学模型,导出了加筋船板在宽频单位力作用下的振动响应和远场水声辐射计算方法.通过典型实例的数值计算,讨论了小筋、阻尼等主要设计参数对辐射效果的影响.本文的研究成果对水声学工程设计有一定的指导价值.     

基于波传播分析的水下粘弹性复合圆柱壳振动功率流研究

采用波传播分析方法,讨论了外部敷设粘弹性自由阻尼材料的无限长圆柱壳在流场中受径向简谐激励的振动功率流.用复模量形式计及粘弹性阻尼的损耗因子,研究了自由阻尼圆柱壳在外激励作用下的输入功率流和沿壳体传播的功率流.结果表明粘弹性阻尼层可以明显降低激振力输入壳体的功率流,加快振动波在结构内的衰减,为潜艇结构和水下各种管道的减振降噪提供了一定的理论参考.     

研究阻尼复合圆柱壳振动功率流的一种新方法

减少圆柱壳振动和噪声的一种有效方法是在其表面敷设阻尼层,这种复合结构称为阻尼复合圆柱壳.分别运用薄壳理论和弹性理论描述了阻尼复合圆柱壳的内壳和阻尼层,并在此基础上提出了计算阻尼复合圆柱壳振动功率流的一种新方法.通过数值计算,得到了内外壳体厚度对复合圆柱壳振动功率流的影响规律,为圆柱壳减振降噪措施的应用提供了理论基础.     

损伤梁的振动功率流分析

从结构噪声的观点,对在集中力作用下的损伤梁进行了振动功率流研究,损伤部位模拟为转动弹簧,利用断裂力学的有关理论得到其转动刚度.分析了损伤梁的弯曲波运动以及振动功率流的输入和传播,结果表明振动功率流与损伤位置及其特征尺寸是相关联的,本研究为基于振动功率流方法的损伤诊断打下了理论基础.     

新型分布式振动阻尼器的理论和实验研究

研究了分布式振动阻尼器，在理论分析的基础上，对其宽带阻尼放大作用进行了理论计算和多方案的实验验证，理论计算和模型试验的结果进一步服分布式振动阻尼器相对于传统的集中式阻尼器而言，能大大增加振动能量的耗散，具有进一步减振的优点。     

锥柱组合结构振动声辐射特性研究

针对水下航行器尾部结构振动声辐射控制难题,以锥柱组合结构为研究对象,开展水下航行器尾部结构振动声辐射特性研究。首先,基于声固耦合方法,计及流体负载的影响,建立结构振动声辐射评估模型;在此基础上,开展垂向激励力作用下锥柱组合结构振动声辐射特性研究,探究舱壁、环肋和纵向加强筋等结构形式对锥柱组合结构振动声辐射的影响规律。研究表明,1～400 Hz频段,在激励位置附近增设舱壁、适当增加环肋数目可改变结构频谱特性,并有效降低幅值响应,而增设纵向加强筋对结构振动声辐射特性影响不大。     

新型分布式振动阻尼器的理论和实验研究

研究了分布式振动阻尼器，在理论分析的基础上，对其宽带阻尼放大作用进行了理论计算和多 方案的实验验证，理论计算和模型试验的结果进一步说明了分布式振动阻尼器相对于传统的集中式阻 尼器而言，能大大增加振动能量的耗散，具有进一步减振的优点。     

圆柱壳结构振动功率流和主动力幅值的控制研究

以输入结构的总功率流和所需主动力幅值为控制目标函数,对输入圆柱壳结构振动功率流的主动控制进行了研究,并分析了几个重要参数对壳体结构振动功率流控制效果的影响.利用导纳函数求解结构响应,构造目标函数为二次型函数形式,利用哈密尔顿二次型最小值理论给出最优控制力前馈控制表达式.     

空心轴系纵向振动粘弹性调谐阻尼器

针对空心轴系纵向振动问题,文章提出了利用粘弹性调谐阻尼器对其进行振动控制的方法。基于有阻尼动力吸振器的原理,文中首先详细地介绍了该种阻尼器的设计过程,并运用理论方法和有限元方法对调谐阻尼器的减振效果进行了分析,分析结果表明：对于轴系的纵向振动,调谐阻尼器的减振效果取决于粘弹性材料的损耗因子,对于轴系-调谐阻尼器系统,粘弹性材料的损耗因子存在一个最优值,当粘弹性材料的损耗因子处于其最优值时,调谐阻尼器能取得非常好的减振效果。     

基于液压阻尼减振器的轴系纵振控制研究

在船舶主推进轴系中安装液压阻尼减振器可减小轴系的纵向振动。首先对安装被动式液压阻尼减振器的船舶主推进轴系进行数学模型简化,推导推力轴承基座处的力传递率公式与加速度插入损失公式,并分析液压阻尼减振器的结构参数对减振效果的影响。轴系台架试验表明,插入损失计算结果与测试结果吻合较好。然后,采用单神经元自适应PID控制器,将原有的被动式液压阻尼减振器变为主动式液压阻尼减振器,分析在周期载荷和随机载荷激励下力传递率随时间的变化。计算结果表明,合理选择液压阻尼减振器的参数能有效地实现纵向减振,且单神经元自适应PID主动控制单元能进一步抑制力传递率的峰值。     

Research on low-frequency mechanical characteristics of the MR dampers in ship isolators

A new isolator composed of a steel rope spring and a magneto-rheological （MR） damper was designed and a study on low-frequency mechanical characteristics of MR dampers in isolators was carried out. It used the characteristics of the MR damper, such as fast response, controllable damping, small energy consumption, wide dynamic scope, and great adaptation. The relationships between MR damping forces and influencing factors were analyzed based on experimental data. The results show that damping force is not only related to structural dimensions, but also closely related to controllable current and vibration frequency. Finally, the empirical formula for damping forces was corrected, and the relationship between correction coefficients and factors analyzed.     

基于MR阻尼器的船用隔离器系统试验研究

随着船舶技术的发展，现代船舶对船用隔离器系统提出了越来越高的要求，即船用隔离器系统应同时具备低频减振和高频抗冲击的能力，这是传统的船用减振器系统所无法做到的．为了解决此问题，本文提出了一种新的船用隔离器系统，该系统由钢丝绳弹簧和磁流变阻尼器相并联组成．文中对该船用隔离器系统的减振和抗冲击性能进行了模型试验研究。减振试验的激振力频率为1-15Hz，力幅为2．94．11．76kN；冲击试验的最大冲击输入加速度为20g，脉宽为10ms，减振试验和冲击试验均采用MTS液压加载系统来进行．试验结果表明，该船用隔离器系统具有较好的减振效果，使用了MR阻尼器后系统得共振峰值被明显的削弱；在冲击试验中，冲击响应的衰减速度随着MR阻尼器的阻尼增加而明显加快，但是MR阻尼器再冲击瞬间的出力特性明显与低频振动情况下不同，MR阻尼器的出力表现为受控制电流强度影响不大．     

船舶结构复合阻尼材料减振性能实验研究

研制了一种自粘性复合阻尼减振胶板,在-30~60℃宽温域内,材料的平均损耗因子达到0.35。采用单点激励振动模态实验方法,研究了复合阻尼材料对船舶模型振动模态阻尼比的影响。采用动力设备运行模拟激励实验,研究了复合阻尼材料对船舶模型结构的阻尼减振效果。结果表明,粘贴复合阻尼材料后,船舶模型在500Hz范围内的模态阻尼比增加了6倍,船舶底舱结构的平均减振效果达到5dB,船舶甲板结构的平均减振效果达到6~11dB。实验研究结果对于船舶薄壁结构的阻尼减振设计具有参考价值。     

水下双层圆柱壳全频段声振特性研究

为研究水下双层圆柱壳结构全频段声振特性,基于VA-ONE建立了FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法3种不同的计算模型,进行了不同辐射介质中辐射声功率及外壳振速的计算,并进一步研究了内外壳及肋板厚度、约束条件、激励位置及层间流体对双层圆柱壳声辐射特性的影响;基于FE-BEM混合法研究了圆柱壳结构的声散射特性;研究了肋板在结构振动能量传递中的作用,提出了2种阻尼肋板的减振降噪方案并进行相关仿真分析.结果表明:重流体能够抑制结构的振动,但由于重流体声阻抗较大,结构的辐射声功率变大;结构声散射曲线在某些频率处出现峰值,且峰值频率与结构自身的固有特性有关;阻尼肋板能得到较好的减振降噪效果,工程上建议使用金属聚氨酯阻尼肋板.     

加筋板结构振动声强可视化研究

基于结构声强法研究了加筋板结构振动能量的传输、分布和耗散特性。首先介绍结构声强分量的计算和声强可视化的相关理论,以及系统功率输入和输出的计算公式。在数值算例中,利用有限元法对3种常见的加筋板模型进行了简谐集中力作用下的响应计算,然后通过编制Matlab程序计算结构声强分量,并进行结构噪声源的定位,实现能量传输和衰减的可视化。同时针对不同的加筋形式对能量传递路径的影响也进行了讨论。研究了不同加筋板阻尼器能量耗散特性。最后以舰船平台板架为例揭示了结构声强技术在舰船振动设计中的应用价值。     

考虑流固耦合影响的水中桩基结构振动特性分析

水-结构的耦合振动是一个比较复杂的问题,在设计中,只有考虑水体对结构基频及阻尼比等振动特性的影响,才能使结构设计更为合理、可靠。以往研究多分析水体的附加质量效应对桩柱基频的影响,对水深、桩径、上部结构等因素的影响尚缺乏进一步的研究,对水体的阻尼比增大效应也缺乏定量分析。鉴于工程的需要,利用有限元分析软件ADINA建立水体-桩基结构相互作用的三维有限元数值模型,对流固耦合作用下结构的基频和阻尼比进行计算,分析多种因素对水中结构振动特性的影响,并给出水体产生的阻尼比推荐值。结果表明,水体会引起结构基频降低及结构阻尼比增大,流固耦合作用对振动特性的影响不容忽视。     

敷设阻尼及阻抗失配连接下管母线振动特性分析

随着潜艇设备用电需求的提升,电力电缆的大量使用为艇内空间布置和施工带来了极大的不便。母线槽有其载流量大、重量轻、安装方便等优势特点,若能将母线槽应用于艇内馈电则可解决以上问题。但潜艇有着异于上述工程结构的工作环境,应用设计时需对其振动噪声进行控制。文章结合管型母线槽与管路的结构相似性,从敷设自由阻尼层、增加连接部位界面阻抗失配度的角度对管母线进行了结构动力性能设计;分析了敷设阻尼、粘弹夹层软连接对振动能量的吸收、阻隔效果;完成了某典型软连接形式下的振动响应计算,结果表明该抑振设计工况可使管母线的中跨段加速度总振级降低25 dB;探究了内外侧绝缘阻尼层在不同模量、损耗因子及厚度情况下对管母线振动性能的影响,为母线槽振动噪声控制提供了设计支撑。     

Modeling and calculation of acoustic radiation of underwater stiffened cylindrical shells treated with local damping

Damping materials are widely used and playing an essential role in reducing the vibration and noise of various ships and underwater vehicles. In practical engineering, damping materials are often applied over the structural surface of ships and underwater vehicles. They are generally distributed not evenly in the whole area, but locally in some vital regions. The stiffened cylindrical shell is the most representative configuration for the main structure of underwater vehicles. Therefore, research on modeling and calculation of underwater acoustic radiation from stiffened cylindrical shells locally treated with damping has high practical value. This paper introduces a mixed analytical-numerical acoustic-vibration interaction method to achieve efficient calculation of the vibration and acoustic radiation from a locally damped cylindrical shell immersed in water. Two kinds of vibration and noise reduction measures are proposed for the damping treatment of a large-scale stiffened cylindrical shell structure. Calculation and analysis are carried out for both measures. The results can provide reference for developing the technology of reducing vibration and noise from ships and underwater vehicles via damping treatment.