船舶动力装置双层隔振系统的优化设计

中间筏体为弹性体的双层隔振技术（浮筏），已经大量地应用在船舶动力装置的减振降噪中。本文首先指出了振级级落差可以用频响函数来表达，从而进一步讨论了以振级差为目标的优化方法，该优化方法的核心是频响函数的灵敏度。给出的实例表明，该优化方法很有发展潜力。     

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。     

考虑振级落差要求的齿轮箱基座优化设计

对某新型齿轮箱基座采用结构动力学优化方法进行设计改进,建立了考虑指定频率区间内振级落差性能要求,以基座重量为目标函数的齿轮箱基座尺寸与拓扑优化设计模型.通过两种优化方案,使新型基座低中频段振级落差由5dB提高到12dB,找到对振动传递影响较大的肋板和减振效果良好的结构拓扑形式.     

复合材料箱型基座结构静动态特性试验研究

以原钢质基座为对象,提出了一种箱型复合材料基座模型,根据该基座的承载应用要求,设计了适用14.7t大载荷加载的基座静/动态特性试验测试方案,针对复合材料基座和原钢质基座开展静刚度试验、空载振级落差试验、加载条件下的频响试验,对比分析了两种基座的静/动态性能。试验结果表明:所设计的复合材料基座的静刚度与原钢质基座相近,在0~1000Hz范围内,横向振级落差提高4.2dB;垂向振级落差提高2.3dB,且复合材料基座具备优异的高频损耗特性。     

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。     

海洋平台机座阻尼结合阻振质量减振分析

应用波分析法研究结构声在机座板结构中的传导特性,并对比分析层合阻尼结构的解析解和数值解,验证阻尼建模方法的正确性.依据阻尼材料的工程选用原则对阻尼材料进行选型,并基于有限元法研究阻尼粘贴方式对机座结构的动力学特性影响规律,分析表明多层复合阻尼材料相比于普通阻尼材料具有更好的减振效果.在此基础上研究某平台发电机组机座敷设多层复合阻尼结构对平台舱室振动特性的影响,并分析阻尼层厚度对平台振动特性的影响.研究阻振质量对贴敷多层复合阻尼减振特性的影响,研究表明阻振质量结合阻尼减振可使减振效果相比单独应用阻尼有较大程度提高.     

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。     

船体基座结构的阻振技术研究

基于刚性质量阻振原理,对基座提出空心质量阻振与阻尼减振相结合的复合阻振技术。采用FE-SEA混合法,建立基座至双层圆柱壳体的振动传递及辐射特性分析模型,通过振动传递特性实验验证模型的准确性。在50~5 000 Hz宽频范围内对比分析在基座腹板底部插入实心或空心阻振质量,以及在基座表面粘贴丁基橡胶阻尼材料的减振降噪性能。结果表明,空心阻振质量比实心阻振质量、复合阻振技术比单独减振技术的减振降噪效果更加明显,这对机械设备支撑结构的振动控制及降噪设计具有工程应用价值。     

基于统计能量分析的船舶舱室阻尼降噪布置优化

[目的]对船舶舱室噪声阻尼控制进行布置优化研究,以提高阻尼减振降噪效果和降低阻尼重量。[方方法]首先,基于SEA理论,对声腔子系统的A计权声压级关于子系统阻尼损耗因子的一阶灵敏度进行理论推导与数值分析。同时,提出阻尼材料的布置数学优化模型并设计优化程序,运用MATLAB对VA One进行二次开发,建立舱室噪声阻尼控制布置优化系统。然后,在此基础上,将阻尼敷设分为5个区域,每个区域的阻尼厚度比为优化变量,以阻尼涂层的总重量为目标函数,以目标舱室的A计权声压级为约束条件,建立实船SEA优化模型并进行布置优化数值研究。[结果]研究结果表明,通过优化程序计算可以得到各区域阻尼敷设的最佳厚度,优化后的阻尼重量可减轻60.4%,有效提高了单位重量阻尼的降噪效果。[结论]该研究成功解决了舱室阻尼降噪的阻尼敷设位置和厚度的选择难题,为阻尼的声学设计提供了可靠的分析方法和指导。     

基于动力效应的船体远场冰载荷测量与识别

[目的]提出一种基于动力效应的冰载荷反演识别方法。[方法]针对船-冰相互作用过程和结构响应特性之间的卷积关系,使用格林函数建立描述冰载荷的卷积积分方程。针对"天恩"号极地运输船的北极航行,安装应变传感器测量船艏区域的冰激响应。对于求解矩阵的病态性与测量中的随机噪声,引入正则化方法解决识别计算中的不适定问题,并获取动冰载荷时程的数值近似稳定解。依托"天恩"号极地运输船的北极航行实测数据,通过船体在海冰作用下的应变响应对冰载荷进行反演识别。[结果]结果表明,格林函数能够有效识别远场冰载荷的时间历程。[结论]载荷识别的有效性受应变信号强度的影响较为明显。此外,在不同海冰破坏模式下,浮冰尺寸和船-冰接触面积是影响冰载荷特征的关键因素。     

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。     

某舰艉基于振级落差约束的动力学优化设计

运用振级落差减振效果评价方法研究某舰艉部分基于金属材料结构动力学的优化设计问题。建立相应结构动力学优化数学模型,并采用遗传算法进行求解,结果表明,改变船体板厚能够有效改善舰艉减振特性。     

船用新型蜂窝隔振器减振性能分析

利用蜂窝结构面内受力特性,设计具有宏观正泊松比和宏观负泊松比效应的新型船用蜂窝隔振器,该新型隔振器也可作为基座使用。建立蜂窝隔振系统的有限元模型,通过模态分析和频响分析,探讨其减振效果。计算结果表明,新型隔振器的减振效果良好,在50 Hz以下频率范围内振级落差均能达到17 dB,具有较好的工程应用潜力。同时,探讨了隔振器面板分别采用钢与纤维复合材料时减振性能的差异,结果表明,采用复合材料面板的共振抑制效果更好。     

带有凹陷的环肋圆柱壳水下声振特性分析

为研究凹陷对环肋圆柱壳水下振动与声辐射的影响,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FOR TRAN代码计算流体附加质量和附加阻尼,用DMAP代码将附加质量和附加阻尼矩阵同结构质量和结构阻尼矩阵叠加,实现了流固耦合计算,得到了在不同凹陷范围、凹陷深度、凹陷位置,以及力作用点与凹陷的相对位置时,圆柱壳的水下均方法向速度级和辐射声功率级频响曲线。分析结果表明:当力的作用点不在凹陷位置时,凹陷对圆柱壳的水下振动与辐射噪声影响很小,可以忽略;当力的作用点在凹陷位置时,带有凹陷的圆柱壳水下均方法向速度级和辐射声功率级的分贝值明显高于无凹陷时的情形,曲线峰值相差达4 dB。因此,在对带有凹陷的环肋圆柱壳进行试验研究时,应尽量避免激励力作用在凹陷位置,这样得到的结果会更准确。     

管路阻尼敷层减振效果评估研究

文章对舰船管道外表面进行了不同面积粘性阻尼敷设,从理论、仿真和试验三方面对阻尼的损耗因子、管道的振动传递损失进行了分析,建立了包含阻尼减振措施的管路声学评估方法,获得了阻尼材料在管路振动控制方面的应用方法和和规律。研究结果表明:管道与阻尼层的截面惯性矩对阻尼吸振效果起着关键作用,由于截面惯性矩的作用,管壁上敷设约束阻尼要优于自由阻尼。同时阻尼敷设位置也影响着吸振效果。     

浮筏隔振系统有限元模型中基座的等效方法

在浮筏隔振系统中,由于实际基座模型和边界条件比较复杂,其有限元模型通常难以建立。提出基座的等效方法,首先测试基座安装点的原点导纳和传递导纳,然后根据有效点导纳的方法,将各安装点之间的耦合进行简化,将基座等效为多个独立的支撑单元,构成浮筏隔振系统完整的有限元模型。建立等效的浮筏隔振系统有限元模型,估算等效前后两种浮筏隔振系统有限元模型的隔振效果,等效模型的计算结果与参考模型较一致,不论是振级落差的总体趋势还是峰值点,都比较吻合,计算出的振级落差总级相差1.5 dB左右,可以满足工程实际要求。     

浮力材料和橡胶格栅夹层板振动响应试验对比研究

[目的]为探究芯材对格栅夹层板振动的影响规律,[方法]以格栅夹层板为研究对象,通过试验对比浮力材料格栅夹层板和橡胶格栅夹层板在不同状态下的振动响应差异,重点分析芯材对两型板抑振效果的影响。[结果]结果表明,空气中浮力材料格栅夹层板在中低频段(0～1 000 Hz)内的振动响应较低,橡胶格栅夹层板在高频段(1 000～3 000 Hz)内的振动响应较低;水中由于附加质量及附加阻尼效应的影响,夹层板体质量和芯材阻尼因素对板振动响应的影响程度被弱化,夹层结构的整体及板格局部弯曲刚度成为主导性影响因素,浮力材料格栅夹层板在全频段(0～3 000 Hz)内的振动响应均低于橡胶格栅夹层板的。[结论]为降低振动响应,格栅夹层板芯材的刚度应接近格栅的刚度;此外,芯材密度越小,阻尼越低,格栅夹层板在空气中和水中的振动响应差异就越大。     

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。     

基于相轨迹特征的阻尼估算能量法改进研究

横摇是船舶在海上航行安全中首要考察的运动姿态。船舶横摇运动的高精度预报，需准确地估算横摇阻尼。引入相轨迹概念，以能量变化的视角，从船舶模型试验数据中提取幅值数据，进行横摇阻尼非线性特征的研究。分析幅值数据呈现的规律，提出新的幅值拟合函数，并相应改进横摇衰减拟合函数。采用线性加平方阻尼力矩模型，通过预设阻尼系数仿真生成静水船舶模型自由横摇数据，展开阻尼估算试验。试验显示：能量法的改进有效减小了阻尼系数的估算误差。基于阻尼系数进行数值预报，证明方法改进后的数值预报更加接近试验仿真数据。结果表明：能量法的改进是有效的，能更好地识别横摇阻尼的非线性特征，更准确地估算横摇阻尼系数。     

水下加肋双层圆柱壳体的振—声传递路径分析

简要介绍了有限元声振耦合和结构振-声传递路径分析(TPA)的基本理论。基于CAE技术建立了TPA模型,通过ANSYS声振耦合的谐响应分析,获得水下双层圆柱壳体振动响应和声场中的声压响应,利用矩阵条件数曲线优选测点位置,并结合奇异值修正的方法改善频响函数矩阵病态问题,求得振源的耦合激励力和振—声频响函数。由自编TPA程序计算得到两个振源作用下目标点的合成噪声响应与ANSYS实际计算吻合很好。利用频谱贡献云图、矢量叠加图及数据对比的方式分析了传递路径对壳外目标点噪声的贡献,从传递路径的角度找出了对壳外噪声起主导作用的环节。可见,基于CAE方法的水下双层圆柱壳体结构振-声TPA方法具有精度高、易操作、成本低等优点,对潜艇的优化设计、运行管理、针对性的维修均具有十分重要的意义。