舰船浮筏隔振特性的有限元分析及试验研究

以一带有浮筏隔振装置的舰船模型为对象,利用ANSYS软件的有限元分析以及试验手段,对其隔振性能进行了研究。将船体与浮筏装置作为一个系统,建立其三维有限元振动分析模型;以降低船体结构振动能量为目标,从基础刚性与阻尼以及隔振器刚度与阻尼等条件出发,对发动机激励作用下的浮筏装置与船体的振动特性进行了分析;通过系统结构参数的优化,探讨了实现良好隔振特性的途径,为舰船的减振降噪设计提供了依据。通过理论和试验两方面的研究与对比,得到有工程应用价值的若干结论。     

舰船浮筏隔振特性的有限元分析及试验研究

以一带有浮筏隔振装置的舰船模型为对象,利用ANSYS软件的有限元分析以及试验手段,对其隔振性能进行了研究。将船体与浮筏装置作为一个系统,建立其三维有限元振动分析模型;以降低船体结构振动能量为目标,从基础刚性与阻尼以及隔振器刚度与阻尼等条件出发,对发动机激励作用下的浮筏装置与船体的振动特性进行了分析;通过系统结构参数的优化,探讨了实现良好隔振特性的途径,为舰船的减振降噪设计提供了依据。通过理论和试验两方面的研究与对比,得到有工程应用价值的若干结论。     

推进轴系——船体结构低频弯曲振动耦合特性

为分析水面舰船推进轴系与船体结构的低频弯曲耦合振动问题,利用有限元法建立了推进轴系—船体结构耦合系统的数学模型,计算系统的垂向及水平向弯曲振动固有特性,并与利用简化模型得到的计算结果进行了对比分析。结果表明:在推进轴系第1阶弯曲振动固有频率以下频段,推进轴系—船体结构系统主要体现为船体梁振动,推进轴系跟随船体梁运动;在推进轴系的每阶振动固有频率附近,由于存在一个固有频率非常接近的船体梁振动模态,故在该频段桨—轴系统与船体梁有较强的耦合作用;在船体梁的质量及截面面积惯性矩远大于轴系对应参数的情况下,仅分析推进轴系自身的低频固有振动特性时,将船体结构简化为刚性安装基础所带来的误差很小,但是推进轴系简化模型不能反映推进轴系—船体结构的耦合振动模态及多轴系时的反相位振动模态。     

齿轮箱弹性隔振时的推进装置模态分析研究

随着推进主机隔振性能的提升,齿轮箱已成为影响船舶声学性能的重要振源,因此需要采取隔振措施以减小其向船体传递的能量。弹性隔振技术可以改善齿轮箱的振动性能,但是挠性传动部件将导致齿轮箱与推进主机隔振系统之间产生振动耦合,从而增大对推进装置进行模态分析的难度。以某船推进装置为研究对象,基于多刚体动力学理论,推导了计及齿轮箱与推进柴油机隔振系统之间振动耦合特性的推进装置整体隔振系统运动微分方程,并进行了模态分析。结果表明,计及隔振系统之间振动耦合的模态分析结果与两个隔振系统单独进行模态分析的结果存在显著差异,证明了齿轮箱弹性隔振时建立推进装置整体隔振系统分析模型的必要性。最后,对该推进装置的设计和使用进行了评估和建议。     

新型航政艇的推进系统半弹性隔振设计

基于新型航政艇的柴油机推进轴系柔性传动方式选择,提出将柴油机和齿轮箱作为整体进行半弹性隔振方式设计,通过隔振系统台架对比试验,验证了柴油机组半弹性隔振方式设计的可行性,并确定了合适的隔振器型号,实船测试结果表明,柴油机组隔振后船体的结构振动明显降低,客舱和驾驶室的声压级下降了6 dB,研究成果对小型船舶的舒适性设计有重要的参考意义。     

舰艇桨-轴系-船体耦合振动测试实尺度试验台设计

为获得舰艇桨-轴系-基座-船体的振动传递规律,分析桨-轴系-船体耦合动力特性数值计算的合理性,考核轴系各项减振措施的减振效果,搭建了基于减振降噪设计且与实舰较吻合的桨-轴系-船体耦合振动测试的实尺度试验台。通过基座阻抗特性、轴系和船体振动响应、轴系模态等试验和各项减振措施测试,获得了耦合系统纵向振动频响传递函数、船体结构响应特性以及为修正耦合动力特性数值计算所需试验数据,考核了各项减振降噪措施。     

多支点推进轴系回旋振动对艉部船体的激励特性研究

为了提高水面舰船的声隐身性能,将推进轴系回旋振动作为艉部船体结构振动的激励源,建立了某水面舰船多支点推进轴系以及艉部船体的有限元模型,并针对两种边界条件下的轴系回旋振动模型进行了对比研究,重点开展了螺旋桨横向单位激励力下的轴系回旋振动对艉部船体的低频激励特性的分析,得到了回旋振动通过各轴承途径对船体的激励加速度、激励力以及传递功率流。研究表明,在进行回旋振动等动力学计算时,艉部船体的阻抗边界作用不可忽视;不论是考察振动加速度、传递动态力还是传递功率流,双臂艉轴架轴承都是最主要的传递路径,且与其它轴承相比较有明显的传递优势。在论文算例中13.5 Hz以及10 Hz是轴系回旋振动激励艉部船体的最主要的特征频率,需要重点关注。     

碰撞船舶的船体损伤对推进轴系的影响

为研究意外事故造成的船体损伤对大型船舶推进轴系的影响,设计模拟艉轴-油膜-艉部结构的试验装置,建立其动力学模型,分析船体损伤下推进轴系的运动特性及因不同损伤船体造成支撑刚度改变的轴系动力学特性,研究船体损伤之后因外力传递造成的推进轴系运动特性变化。结果表明:在船体损伤的工况下,艉部结构的运动状态会随着支撑刚度的改变而改变,同时轴系从概周期运动进入混沌运动的临界转速也会发生变化;但当支撑刚度达到一定值之后,艉轴从概周期运动进入混沌运动的临界转速趋于稳定;由于船体损伤状态的支撑刚度变化,船体碰撞力的传递也会对船舶轴系的运动状态产生影响,可能因船体损伤加剧而造成二次损伤。     

船舶传动装置多体动力学和有限元仿真技术

目前,传动装置振动计算多采用集中参数法,未将轴系振动(扭转振动、横向振动与纵向振动)以及结构振动进行综合分析,与实际情况有一定的差别。本文以典型双机并车装置传动(包括柴油机、高弹性联轴器、万向轴、传动齿轮、主轴与输出负载)为研究对象,应用多体系统动力学理论对其激励特性进行研究,为传动装置有限元动力学响应分析提供输入条件。在完成传动装置多体动力学仿真分析的基础上建立传动装置有限元分析模型,然后对传动装置进行轴系振动和结构振动有限元动力学响应分析,并进行试验验证。同时,讨论转速和隔振刚度对传动装置结构振动的影响规律。最后,通过总结,初步形成船舶传动装置基于多体动力学和有限元仿真的振动特性预估方法,以完善和充实传动装置的研究方法和理论。     

阻尼合金在船舶机械振动隔离中的应用研究

为了解决船舶动力机械向船体结构的振动传递问题，目前主要采取隔振措施。由于机械机座和体的非刚性，隔振效果受到了一定的影响。为此，作者提出用阻尼合金的材料作为中间机座，利用阻尼合金的碱性能来降低船舶动力机械传递至船体的结构噪声。本文采用动力机械和船体结构的模型装置测试了阻尼合金机座的减振特性。测试结果表明，减振效果较好，特别是在高频下的船体结构振支明显地减小。     

某V型高速柴油机振动测试及动力学分析

针对某艇主机12缸V型高速柴油机振动过大的问题,开展柴油机动力学分析与振动测试,得到各主要工况下的振动响应。研究结果表明,柴油机振动干扰成分丰富,且分布在很宽的频域上,主要干扰频率为基频的0.5阶、1.0阶及3.0阶,设计时应重点考虑隔振系统刚度与主要干扰阶次的关系。对主机振动过大的原因进行分析,结果表明引起共振的干扰频率、存在激励力或结构局部共振、柴油机结构轻量化及刚性较低是主要影响因素,对柴油机减振设计具有指导意义。     

玻璃钢高速船动力装置设计

针对玻璃钢高速客船的特点,就如何选取主推进柴油机,如何解决机座的强度问题,以及对减小柴油机振动、隔离噪声、防止尾倾过大、控制机舱部位重量等问题进行探讨。通过对名牌柴油机选型、机舱结构优化、环境温度的控制并采取减振措施等,经航行试验实测,动力装置的设计取得较满意的效果。     

水下爆炸环境中舰船浮筏装置冲击响应研究

针对舰船所面临的水下爆炸冲击环境,研究了船用柴油发电机组的隔振浮筏系统对于水下爆炸冲击的响应特性.通过建立带有设备以及隔振系统的舰船结构连同周围水介质的有限元分析模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了水下爆炸冲击波在水中的传播及其对船体的流固耦合作用,研究了柴油发电机组、浮筏筏体以及设备基座在爆炸冲击下的动态响应.文中着重分析了不同爆炸冲击因子对船体与浮筏结构的冲击响应的影响,探讨了提高舰船设备抗冲击性能的途径.     

钢丝绳隔振器用于船舶主机隔振

船舶主机隔振通常使用橡胶隔振器，而钢丝绳隔振器用于主机隔振，目前国外尚无报道。现研究用钢丝绳隔振器解决16PA6STC柴油机主机的隔振问题。柴油机重量大，安装尺寸有限，目前单个钢丝绳隔振器的承载能力有限，因此提出了钢丝绳隔振单元的概念，即是将三个已成熟的HGGS—1200型钢丝绳隔振器组合成一个隔振单元，整机用10个单元，避兔了研制承载能力更大的新型钢丝绳隔振器的风险。用功率流方法对隔振装置的性能进行了理论评估，并进行了试验研究。结果表明：在潮试阻抗的有效频率范围内，功率流传递率估算与实测的振级落差总的趋势一致，说明功率流估算对设计有指导意义；另外，基础的弹性对隔振单元隔振效率的消弱作用非常显著，应尽量加大基础刚度。研究结果表明钢丝绳隔振器用于船舶主机隔振可行。     

船用发电机隔振系统传递力估算方法

提出一种通用、简便的柴油发动机激励力和力偶估算方法。利用振动频响（即加速度传感器）获取柴油发动机的振动频谱和相位,运用MATLAB数学软件建立基座激励力和力偶的数学模型,从而估算出隔振系统中发动机组的横向、纵向和垂向激励力或传递力和力偶。通过试验发现,测量过程中的信噪比对发动机的激励力和传递力估算有重要影响,低频信噪比是测量误差的主要来源。该简易估算激励力和力偶的方法可供柴油发动机的多维多向耦合振动研究参考。     

分舱和充液对箱式主机滑油舱振动模态的影响

为更好地了解船舶舱室结构的振动特性,为主机隔振降噪提供有用的理论参考,采用有限元方法对主机滑油舱进行了模态分析,分析分舱和其内部油液液位对结构振动模态的影响.结果表明,随着分舱舱室数目的增加,主机滑油舱整体固有频率上升,振型多表现为局部舱室表面的鼓胀振动;而充液液位的升高使系统的频率降低,算例中第一阶频率的下降比峰值为2.07(l/m);同时对系统第一阶频率和液位的变化关系进行解析,拟合误差仅为0.222%.,便于其他液位时第一阶振动频率的求解.     

柴油机偏移对浮筏隔振系统抗冲击性能的影响分析

在工程实际中,常常存在隔振器的刚度中心与其承载的质量中心不重合的情况,从而对隔振系统的抗冲击性能造成一定的影响。本文针对某船柴油机组的隔振系统分别在柴油机纵向和横向偏移情况下,运用ANSYS软件建立了有限元模型,计算分析比较了隔振系统受到基础冲击下机组的位移和加速度响应值,得到一些有意义的结论,对工程实际运用具有一定的参考价值。     

Adaptive vibration isolation system for diesel engine

An active two-stage isolation mounting, on which servo-hydraulic system is used as the actuator (secondary vibration source) and a diesel engine is used as primary vibration source, has been built. The upper mass of the mounting is composed of a 495 diesel and an electrical eddy current dynamometer. The lower mass is divided into four small masses to which servo-hydraulic actuator and rubber isolators are attached. According to the periodical characteristics of diesel vibration signals, a multi-point adaptive strategy based on adaptive comb filtered algorithm is applied to active multi-direction coupled vibrations control for the engine. The experimental results demonstrate that a good suppression in the effective range of phase compensation in secondary path (within 100Hz) at different operation conditions is achieved, and verify that this strategy is effective. The features of the active system, the development activities carried out on the system and experimental results are discussed in the paper.     

负泊松比超材料隔振基座的实船应用分析

探索负泊松比超材料隔振基座在实船中主机减振应用。通过数值计算方法,分别对内六角蜂窝型与星型超材料结构隔振基座的力学性能进行分析,并在整船有限元计算中对比分析了隔振基座的隔振性能。研究表明,负泊松比超材料隔振基座的静力学性能与传统基座类似,隔振性能相比传统基座有明显提升,可以实现船用主机低中频段的隔振和主机基座设计的轻量化。     

隔振降噪技术的实船应用

某型测量船主辅机采用的单层局部隔振、浮筏双层隔振及约束阻尼处理等隔振降噪技术,基内就其设计论证、实船应用和检测结果作一简介。