基于几何声学的船舶舱室声学设计方法

[目的]为了在船舶舱室的众多噪声传递路径中选取最佳噪声控制位置及控制措施,[方法]基于几何声学理论中的声线跟踪法,考虑舱壁声透射的作用,提出声线搜索法。模拟船舶多舱室声场的分布,计算舱室声压。通过搜索目标舱室的供能声线,计算不同位置舱壁对目标舱室噪声的声灵敏度,根据灵敏度计算结果,设计船舶舱室降噪方案,优化舱室中高频噪声。[结果]利用该方法优化典型舱室噪声,噪声降低了7.3 dB。[结论]通过与统计能量法的对比分析,验证该方法可行,可指导船舶舱室降噪精细化设计。     

管路阀组结构制造工艺参数的振动特性影响

选取实船液压管路的阀组单元为研究对象,利用有限元软件Ansys建立阀组结构模型,计算阀组单元结构在不同频率载荷激励下的振动响应频谱阀,分析安装间距、阀架阀臂长度、斜撑位置、隔振器安装等制造工艺参数对其声学性能的影响。建立实船、优化以及改进阀组结单元的试验室结构系统,并利用激振器对结构白噪声激励得到仿真计算测点的振动响应频谱,将仿真与试验测试结果的响应频谱进行对比分析。结果表明阀组架臂长对结构振动特性影响较大,相较原始阀组单元加装隔振器的改进阀组单元的结构插入损失高于10 dB,振动特性有明显改善。     

螺旋桨低频振动声辐射特性研究——水母模态

[目的]发现了一种螺旋桨噪声新成分——螺旋桨低频弹性被激发而形成的声辐射,特别是桨叶同相模态被激发引起的强烈声辐射,我们称之为"水母模态",由其激发诱导的推进器轴系艇体系统低频窄带声辐射,并称为"水母效应"。为揭示其形成机理,开展螺旋桨低频固有振动特性研究。[方法]基于精细网格有限元方法分析螺旋桨的模态特征,得到空气和水介质中螺旋桨模态特性以及桨叶失谐对模态特性的影响规律;引用循环对称结构振动理论,对数值计算结果予以进一步验证。[结果]结果表明,在空气和水介质中,螺旋桨振动模态具有分组特征以及组内呈现出单频、重频模态的特征;桨叶失谐对重频模态影响较大而对单频模态/振型影响较小;精细化有限元计算结果与循环对称结构理论分析一致。[结论]本研究揭示了螺旋桨的低频模态特性,为螺旋桨低频噪声机理分析和控制提供了理论支撑,具有理论和工程应用价值。     

600马力渔船绞纲机液压泵和液压马达噪声振动原因及消除

600马力渔船由于绞纲机的液压泵、液压马达及相关系统安装不当,产生了不容许的噪声和振动。本文对产生噪声和振动的原因进行了分析,并提出了有效的解决办法。     

小水线面双体船船体振动差异特性与辐射噪声研究

采用有限元法,基于某小水线面双体船设计图纸以及推进电机与柴发机组的安装位置,建立该型船整船有限元模型。对整船进行模态分析,得到其固有特性。以此为基础,分别计算推进电机激励和柴发机组激励下整船的振动传递函数,分析两激励引起船体振动和辐射噪声的差异特性,评估了两激励源单独作用下引起的水下辐射噪声,为该型船动力系统设计与振动噪声控制提供参考。     

液压系统的噪声控制

液压系统的噪声控制,重点在于对其主噪声源－－液压泵的控制。此外,液压系统的设计、建造,液压设备的安装、使用保养各方面还必须致力于工作介质的污染控制,才能实现液压系统低噪声的控制目标。该文叙述液压系统降噪的基本途径和主要措施,有助于系统设计者正确选择液压元件和设计液压系统,并进一步降低液压系统的噪声。     

离心通风机降噪设计研究

本文介绍了采用低噪声风机结构和振动模态试验技术相结合的方法研究设计船用低噪声离心通风机,使之达到低噪声的目的。对风机的主要部件,如叶轮、叶片、进风口及风舌间隙,进行了最佳的气动力设计,应用振动模态试验技术,分析风机的振动模态与噪声的相干关系,在风机的机壳内粘贴模态阻尼板,改变了风机的模态,增加了阻尼,从而降低了风机振动产生的噪声。     

低振动粘弹性阻尼结构油箱仿真与试验研究

为解决结构油箱振动大、易于传递的突出问题,本文应用有限元理论对油箱进行形式结构模态分析,得出了油箱的多阶固有频率,并据此确定了合理的油箱结构形式。在此结构油箱基础上,通过填充粘弹性阻尼降低结构油箱的振动并开展试验。试验结果表明,粘弹性阻尼结构油箱较无阻尼结构油箱在50 Hz的液压泵组激振频率条件下,减振效果可达15 dB。     

基于流体-结构耦合振动的液压脉动滤波器试验研究

分析了船上泵源液压系统压力脉动产生的原因及频率成分。根据气体消声器的原理,结合液压系统高压、大流量等工作特点,设计和制造了一种基于流体-结构(fluid-structure)耦合振动的结构共振式液压脉动滤波器,并推导出其波动衰减的传递矩阵模型。通过调整液压泵转速来改变压力脉动频率,在液压系统压力脉动试验平台上进行了三组对比试验。试验表明,当滤波器的结构振动体固有共振频率与系统频率接近时,系统的脉动能量得到有效衰减,系统的压力波动幅度和脉动率大幅降低。试验结果验证了结构共振式液压脉动滤波器的使用效能和存在的不足,它为液压系统振动控制提供了新的技术手段。     

纵横加筋圆锥壳振动特性多目标优化设计

[目的]为了提高结构第1阶总体弯曲模态频率并降低低频范围纵横加筋圆锥壳尾端处的加速度总级,建立纵横加筋圆锥壳振动特性多目标优化设计的数学模型。[方法]采用有限元软件ANSYS对纵横加筋圆锥壳进行参数化建模,分析结构的振动模态以及在纵横加筋圆锥壳尾端施加垂直向下单位集中力情况下结构的响应。以Matlab为平台,使用遗传算法和宽容排序法对纵横加筋圆锥壳振动特性进行多目标优化求解。[结果]结果发现随着宽容度以及目标重量的增大,最优方案结构载荷处的加速度总级减小;单目标优化对于同一个目标值可以有多个方案与之对应。[结论]研究结果可为加筋圆锥壳结构声学设计提供参考。     

舵传动装置的液压与电气驱动振动特性对比研究

[目的]针对传统的液压驱动的舵传动装置,基于缩比舵传动装置试验台,开展电气驱动方式振动特性研究。[方法]首先研究舵传动装置在电气驱动下机构本身振动特性与负载力及转动角速度的关系,然后对液压、电气两种驱动方式下机构的振动特性进行对比分析。[结果]试验表明,传动装置产生的振动强度与舵叶加载力、舵角零点位置角速度呈正相关,电气驱动方式产生的振动加速度峰峰值和均方根值与液压驱动相比均降低了40%,有效降低了传动装置的整体振动,[结论]对舵传动装置电气化具有参考价值。     

特种液压装置对船舶轴系纵振特性的影响

针对船舶轴系的轴向振动问题,研究一种船舶推力轴承轴向液压脉动衰减器.基于四端参数法对安装液压脉动衰减器的船舶推力轴承进行数学模型简化,推导推力轴到推力轴承壳体表面的振级落差,分析液压脉动衰减器的结构参数对轴向减振效果的影响,并基于遗传算法对结构参数进行优化.研究结果表明,在船舶推力轴承中安装液压脉动衰减器能有效降低轴系的轴向振动;减振效果随着油管内径和油箱体积的增大呈小幅增强的趋势,随着油管长度和液压缸直径的增加呈小幅减弱的趋势;液压缸直径对减振效果的影响最大,其次为油管内径,油箱体积和油管长度对减振效果的影响相对较小;对结构进行优化之后减振效果良好,平均提高12.05 dB.     

某船用风力发电机叶片降噪设计

为降低风力发电机叶片噪声,探索从形貌优化到降低风叶噪声的解决方案。根据薄壁结构高刚度形貌优化以提高某阶模态频率为优化目标的特点,通过对风叶结构模态分析,为形貌优化确定合适的目标模态。以风叶几何形状作为设计变量,体积作为约束函数,第一阶固有频率作为目标函数,对风叶结构进行了形貌优化。优化结果表明:改进后风叶第一阶固有频率值由42.3 Hz提高到57.6 Hz,提高了36.2%。在相同的激励下,优化得出的结构具有更多的振动衰减时间,从而达到减少振动以及噪音的目的。     

船舶结构运行模态参数辨识研究

运行模态分析是仅基于结构运行状态下的响应来提取结构模态参数的一种方法,通常假设环境激励为白噪声进行分析。实际上,船舶航行过程所受激励十分复杂,不能简单地假设为白噪声激励,由主机和螺旋桨等产生的确定频率激励同样存在。因此,航行中船舶所受激励可以假设为白噪声和简谐激励同时存在。进一步讨论了运行模态技术在船舶结构振动分析中应用的可行性和前景。研究使用带阻数字滤波技术滤除激励中的简谐成分来提高结构真实模态的辨识精度。讨论了自互功率谱密度法,并研究使用此方法提取同时受白噪声和简谐激励作用的简支梁的模态参数。实验结果表明该方法能够较准确地识别出同时受白噪声和简谐激励的结构模态参数。这对于分析航行中船舶有害振动结构的模态特征,并实施有效的减振优化措施具有很广泛的实际意义。     

双层壳体船舶动力舱结构声学设计优化

针对降低双层壳船舶动力舱辐射噪声的需求,对动力舱进行结构声学设计优化。基于结构阻抗增强原理,通过升高肋骨腹板和增加质量抗来增大双层壳结构低阶机械阻抗,并根据壳体优势模态对肋骨尺寸进行优化;为衰减振动波在壳间的传递,引入复合阻波技术,采用阻振质量与粘弹性材料相结合的方法对壳间肋板进行设计;利用FEM/BEM法对动力舱设计前、后振动声辐射性能进行数值计算分析,并开展双层壳模型振动试验。结果表明:应用非均匀阻抗增强环肋和复合阻波技术能有效降低双层壳体船舶动力舱的振动水平和辐射噪声;设计的动力舱具有良好的减振降噪效果,振动水平明显降低,辐射噪声有效减小,是一个性能较好的弱辐射体。     

舰船管路阀组单元振动特性分析及结构参数优化研究

管路阀组单元是舰船管路系统中的重要组成部分,阀组的振动通过阀组架传递到船体,从而引起船体的振动与噪声,对阀组结构进行优化以减小传递到船体的振动,对舰船振动与噪声控制具有重要意义。利用有限元软件ANSYS建立阀组单元的有限元模型,对阀组单元进行振动响应分析,得到阀组单元在垂直和水平载荷激励下的加速度振动特性。通过分析阀组架的阀架臂长、布置间距和阀架角钢尺寸等结构参数对振动的影响,对这些参数进行组合设计并优选结构参数,提出优化方案,使得阀组单元的声振特性得到了有效改善,传递到船体的振动加速度降低了10 dB。     

复合材料船舶减振降噪数值方法研究

复合材料船舶减振降噪性能优越,对实现降低船舶振动响应、提升船舶安静性的目标具有积极意义。本文基于FEA和SEA理论,在有限元软件Abaqus和统计能量分析软件VA-One中分别对复合材料船舶低中频段、高频段振动响应噪声进行数值模拟。通过改变复合材料厚度和铺层工艺,提出2种优化方案。船舶振动噪声数值预报结果表明,振动源周边位置即主机基座的结构设计对于船舶减振降噪性能影响较大,改进后的优化方案2相对于初步设计方案的平均振动总级降低2.8 dB,相对于钢制船舶降低5.1 dB,说明复合材料船建造可通过改变工艺提高减振降噪性能。     

基于重根模态特性的舵桨电机振动

针对某型船全回转舵桨电机出现的振动超标问题,通过振动位移传递分析发现电机-基座系统存在一对重根模态,且系统在1/2倍电磁频率附近产生共振。采用振动特性实时测试技术,对振动传递路径进行灵敏度分析,以识别电机振动源。基于PATRAN的模态分析结果,验证了电机-基座结构在17Hz附近存在一对重根模态,并对电机安装基座开展优化设计以避开电机-基座系统的共振频率。结果表明,电机顶部的振动速度从22 mm/s降低至8 mm/s。将有限元法与振动实测技术相结合,可有效解决舵桨电机的振动问题,对立式电机、全回转舵桨推进器等结构的设计与安装及类似振动故障问题的解决,具有一定指导意义。     

弹性螺旋桨流固耦合振动特性分析

[目的]研究弹性螺旋桨在水流中的振动响应特性。[方法]基于CFD/FEM流固耦合方法,利用Workbench平台中的ANSYS-CFX模块对螺旋桨进行双向流固耦合水动力求解,分析弹性螺旋桨变形及应力应变响应特性;考虑到流固耦合对固有特性的影响,利用ACT_Acoustic模块计算桨叶湿模态,结合弹性螺旋桨固有特性和流固耦合水动力结果进行弹性螺旋桨频谱分析。[结果]流固耦合水动力结果相较不考虑流固耦合的定常计算结果更接近试验回归曲线;与干模态相比,弹性螺旋桨前5阶湿模态固有频率减小19%～37%,且四阶和五阶干湿模态振型存在交错情况。频谱分析结果表明,水动力轴向推力和扭矩是弹性螺旋桨在流场中振动响应的主要影响因素,且主要引起弹性螺旋桨的一阶湿模态悬臂振动;桨叶面上,从叶梢处到导边和叶中部分,再到随边部分,最后到叶根处,结构响应逐渐降低。[结论]所做研究可为弹性螺旋桨流固耦合计算分析提供方法途径,也为螺旋桨流固耦合振动噪声分析打下了一定基础。     

加筋圆柱壳体支撑结构振动传递特性试验研究

支撑结构型式和布置位置对加筋圆柱壳体内振动传递特性具有重要影响。文中设计了加筋圆柱壳体试验模型装置,内含壳体支撑结构、平台支撑结构和舱壁支撑结构,开展了加筋圆柱壳体模型的振动模态试验和传递特性试验。以振动传递函数为评价指标,研究了不同频率下支撑结构至加筋圆柱壳体表面的振动传递特性,得出振动传递特性在低频时很大程度上受到壳体结构振动模态的影响。提出等效振动传递函数概念,分析了支撑结构的型式及布置对加筋圆柱壳体传递特性的影响。试验研究结果有助于控制动力机械设备的中低频振动传递,对加筋圆柱壳体内支撑结构的声学设计具有参考价值。