船舶基座阻尼材料敷设优化及实验研究

[目的]船舶基座结构是船舶减振的重要设备,为提高基座结构的减振效果,在结构表面敷设阻尼材料是常用手段。[方法]以基座结构的加速度振级落差为评价指标,应用各向正交惩罚材料密度法(SIMP),建立自由阻尼材料的拓扑优化数学模型。在优化模型中,其约束条件是确保在阻尼材料总使用量一定的情况下实现阻尼材料在基座结构表面的最优分布。最后,以某型船的主机基座为例,在建立的有限元模型的基础上,开展基座结构阻尼材料拓扑优化的数值计算,并利用基座模型实验的方法对拓扑优化数值计算结果进行实验验证。[结果]经验证,获得了阻尼材料的最优敷设方案。[结论]所得成果对船舶基座结构设计和复合材料的应用具有一定的参考价值。     

用粘弹性梁控制加筋板稳态简谐响应的研究

应用模态叠加法研究了以粘弹性梁为阻尼处理的加筋板的稳态简谐响应。在分析中，板和梁均采用每个结点三个自由度的有限元，考虑了梁的偏心作用。以结构幅频特性曲线的方式来研究粘弹性梁阻尼处理对结构响应的控制作用，分析了阻尼材料杨氏模量实部、损耗因子和粘弹性梁剖面尺寸对结构响应的影响。结果表明，粘弹性材料能够有效地控制结构的共振响应。粘弹性梁阻尼处理仅对某些结点和模态起的作用较大，将其与其他阻尼敷设形式合理配置，相信会起到良好的减振效果。     

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.     

基座阻尼敷设方式对柱壳振动及声辐射的影响

利用有限元/边界元法分析加肋柱壳受激后的水下声辐射,对比约束阻尼对裸基座振动特性的影响,基座敷设阻尼材料前后壳体辐射声场的变化以及约束阻尼敷设面积和位置对圆柱壳振动及声辐射特性的影响。结果表明,敷设约束阻尼能有效降低加肋圆柱壳体及其内部基座的辐射噪声,合理地选择敷设面积和位置可以有效地降低圆柱壳振动及声辐射。     

丁基橡胶阻尼材料对基座减振的实验研究

安装机械设备的基座结构是振动传递到船体结构的重要通道。介绍一种丁基橡胶阻尼材料,测试丁基橡胶的材料损耗因子等动态性能,开展丁基橡胶阻尼材料对基座减振的实验研究。采用振动激励实验方案,对基座结构进行自由阻尼和约束阻尼处理后的振动传递特性实验,分析基座结构的阻尼处理方式和处理部位对振动插入损失的影响,实验结果对基座结构的阻尼减振设计和丁基橡胶阻尼材料的工程应用具有参考价值。     

粘弹性阻尼夹层板动力特性分析及其试验研究

本文在数值计算和试验的基础上研究了阻尼夹层板的动态特性和振动响应计算方法.在小变形线弹性理论的基础上,构造了阻尼夹层板单元.将三层板都看成Mindlin板单元,以各层的中面为坐标平面建立局部坐标系来建立有限元模型,考虑了偏心阵的作用,大大简化了计算程序.粘弹性采用常复数模型,用求解复特征值的方法求得了其固有频率和损耗因子.在此基础上编制了相应的有限元计算程序,进行了较详细的数值计算与分析,并讨论了粘弹性阻尼层的厚度、模量、损耗因子对结构动力特性的影响,得到了有工程应用价值的一些结论.同时分别对单层铝板、自由阻尼层板和约束阻尼层板进行了模态试验和响应试验,识别了结构的阻尼,验证了理论计算的正确性.本文还给出了阻尼夹层板结构动力响应的一种近似计算方法:将粘弹性材料看成完全弹性的材料,将粘弹性材料的阻尼以比例阻尼的形式给出,利用试验得出或估算公式给出结构模态阻尼,采用直接积分法求解.计算了简谐激励下的响应,并与实测的结果进行了比较分析.结果表明了该计算方法的合理性,为工程近似计算提供了一种简便的计算方法.     

自由层阻尼环肋柱壳在流场中的稳态响应

本文采用Ｆｌｕｇｇｅ壳体理论，讨论了敷设粘弹性自由层阻尼材料的环肋柱壳在流场中受到径向周期性激励的稳态响应。用复模量形式计及基壳和粘生阻尼材料的预耗因子以及流 固耦合作用。讨论了粘弹性阻尼材料的物理参数，厚度，敷设方式和水深环肋柱壳稳态响应的影响，得出了一些有实用价值的结论，对潜艇结构减振降噪有一定的参考价值。     

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.     

粘弹性自由阻尼加筋板的随机响应分析和试验研究

本文针对粘弹性自由阻尼结构,基于模态应变能法推导出同时考虑粘弹性阻尼损耗因子和弹性模量频变效应的模态损耗因子修正公式,并选取某压筋板进行了计算和验证。在此基础上,以船舶阻尼加筋板为研究对象,开展随机响应试验研究,并对试验模型的模态损耗因子和随机响应进行了数值计算和对比分析。结果表明,采用该修正公式确定粘弹性自由阻尼结构的模态损耗因子,进而计算随机响应的方法是可行的。该方法对阻尼减振的相关分析研究具有参考价值。     

敷设阻尼材料的圆柱壳声辐射性能实验分析

对有限长的敷设阻尼材料的加筋双层圆柱壳进行振动和声辐射实验,测量壳体的结构响应和水中的辐射声压。对全部敷设隔声去耦材料、内壳全部敷设隔声去耦材料、外壳全部敷设以及外壳部分敷设四种工况下的近场声压进行对比,分析单频激振时内外壳体的振动特性,表明托板在内外壳的振动传递中起着较大的作用,内外壳全部敷设隔声去耦材料对抑制振动和声辐射很有效。     

基于粘弹性阻尼层随机性的自由阻尼层板的振动和阻尼分析

本文基于粘弹性阻尼层的随机性用Monte Carlo直接抽样法对自由阻尼层板的振动和阻尼进行了分析研究。分析中随机变量取正态分布。针对不同的阻尼层厚度分别考察了复弹性模量的实部、虚部、材料的损耗因子的影响。考察了整体性和局部单元性阻尼导厚度的影响。结果表明,粘弹性材料弹性模量的随机性对结构固有频率的影响不大,对模态损耗因子影响较大;不论是整体的还是局部单元的,阻尼层厚度的随机性对模态损耗因子的影响很显著。因此粘弹性阻尼层的随机性对抑制结构共振响应和声辐射的影响是较大的。阻尼层厚度局部单元随机性影响表明了对阻尼结构采用随机分析的必要性。     

粘弹性阻尼材料减振性能试验评估方法

为在船体结构声学设计阶段或阻尼材料研制阶段预先评估粘弹性阻尼材料的减振效果,基于锤击法,建立平板振动试验模型,引入频响函数幅值平均衰减量参数,对3型粘弹性阻尼材料复合试样分别在不同频段内的减振效果进行对比分析。结果表明：基于损耗因数和频响函数幅值平均衰减量的粘弹性阻尼材料减振效果试验评估方法能迅速在不同频段对阻尼材料的减振性能进行排序;利用频响函数幅值平均衰减量,可对耗能机理较为复杂的约束阻尼减振效果进行评估,为结构设计或研发阻尼材料提供依据。     

基于多目标遗传算法的约束阻尼柱壳结构优化

文章为了改进被动约束阻尼柱壳结构的减振特性,解决引入约束阻尼的合理分布问题,提出了一种基于多目标遗传算法的优化设计方法。建立了以振动模态的前两阶损耗因子和引入约束阻尼材料总质量比为优化目标,以约束层、阻尼层厚度和粘弹性材料剪切模量为设计变量的多目标函数。利用遗传算法对 Pareto 最优进行优化选择,避免了对目标函数值的直接计算。通过分析和比较优化前后结构的模态振动频率变化以及幅频响应,表明引入质量太多会影响柱壳结构固有特性,而优化后结构能够避免太多的质量引入,并且具有更好的减振效果。     

复合阻振技术在舰船支撑结构中的应用研究

基于质量阻振机理,分析了阻振质量偏置安装及空心阻振质量结构对阻振性能的影响,提出了综合质量阻振与阻尼减振的支撑结构复合阻振技术。采用FE-SEA法,建立了支撑结构至圆柱壳体的振动传递及声辐射特性分析模型。对比了支撑结构底部阻振、四周阻振和双层阻振的阻振性能,分析了在支撑结构表面粘贴阻尼材料的减振降噪性能。结果表明,双层阻振比单层阻振、约束阻尼比自由阻尼的减振降噪效果更加明显,复合阻振技术比单独减振设计的减振频率更宽,减振效果更好。复合阻振技术对支撑结构的减振设计具有工程应用价值。     

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。     

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。     

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。