船用复合材料管路振动特性试验研究

为研究船舶中复合材料充液管路的减振特性,首先采用几何尺寸相同的复合材料直管和钢直管进行振动响应对比分析。通过直管的四端阻抗测试,获得2种材料直管的传递矩阵,对比分析复合材料管路与钢管的振动传递损失。然后对2种材料直管进行自由边界下的模态测试,获取管路的阻尼系数。试验结果表明:在满足输水性能和结构强度的前提下,复合材料管路只是同几何尺寸钢管质量的一半,复合材料管的固有模态频率要低于钢管,模态阻尼系数却远大于钢管。在2 500 Hz内复合材料管的横向振动传递损失优于钢管;而轴向传递损失在低频段要劣于钢管,高频段又优于钢管。因此在减振性能上,复合材料管更利于振动能量在传播过程中的衰减。研究成果可为复合材料在船舶充液管路减振降噪中的应用提供参考。     

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。     

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。     

粘弹性包覆管路系统动力特性研究

对粘弹性包覆管路系统进行了理论及数值分析,基于复刚度法推导出了直管阻尼处理后的复合结构损耗因子为η=β(1-(1/(1 eA)),对弯管系统进行了固液耦合振动分析。因充液输送管路内脉动的随机性,用ANSYS对自由阻尼处理后直管及弯管进行了动力特性研究,结果表明,粘弹性自由阻尼处理对二者的减振效果相当明显,但当粘弹性包覆层厚度δ≥0.5mm时,再增大厚度对二者的衰减强度不是很有效。     

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。     

不同充液高度下液箱的模态分析及实验研究

为研究船舶液舱充液后的振动特性,采用有限元分析法对钢质充液箱不同充液高度条件下的流体与结构耦合振动的问题进行了仿真方面的计算。在ADINA软件中完成了有限元建模及模态分析,分析其振动特性,得出其固有频率和振型。通过LMS振动测试系统对其进行了实验研究,将模态实验值与振型同结构有限元仿真结果进行了分析比较,得出了液面的升高会导致结构频率下降的总体规律,可为LNG型的船舶的减振降噪设计提供参考。     

功能梯度复合材料充液弯管/直管的振动特性分析

船舶海洋工程中常用的金属管道易腐蚀,维护成本高,声学阻尼性能差。功能梯度材料（FGM）是一种具有极强可设计性的新型复合材料,其材料属性随着空间位置的连续变化而变化。本文研究材料属性沿壁厚方向呈连续梯度变化的充液管道振动特性,以此分析功能梯度材料的应用前景。首先,沿壁厚方向将非均匀材料离散为若干层均匀材料,其次,基于管道的Timoshenko梁模型和流体方程建立功能梯度充液弯管或直管的耦合振动方程,最后研究高精度、高效率的动刚度法在组装充液管道单元上的应用,并讨论梯度指数对管道动态特性的影响。     

多跨充液管道的振动特性分析

考虑管道与液体之间的泊松耦合与结合部耦合,推导了低频情况下的充液直管轴向、横向振动传递矩阵与刚性支撑的点距阵.使用传递矩阵法计算两种边界条件下单跨和多跨充液管道的模态频率及模态振型.结果表明,在充液管道振动分析中,流固耦合作用不能忽略,多跨管道系统由于刚性支撑的加入使系统频率增加.     

船舶基座中复合减振结构应用实验研究

在船舶基座结构中设计了粘贴粘弹性阻尼层、插入空心阻振结构和填充颗粒等单一减振结构及多种复合减振结构基座结构振动加速度导纳为评价指标,采用振动传递实验对比研究了各种减振方式的减振效果。实验结果表明,粘贴阻尼层在分析频率内减振效果明显,最大减振效果达到了10 d B;在基座结构中简单地插入阻振结构,不仅没有阻振效果,反而使得振动增强;复合减振结构的减振效果优于单一减振结构,所设计的复合减振方案的减振效果达到14.05 d B。研究成果对船舶基座结构声学设计具有参考价值。     

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。     

复合材料舵与钢质舵振动特性对比试验研究

对复合材料舵和传统钢质舵的振动特性进行试验研究和对比分析.通过设计相关试验模型,对复合材料舵和钢质舵的前三阶固有振动模态及10 Hz~1 kHz频段内结构的动态响应进行测试,并对试验结果进行对比分析.研究结果表明:复合材料舵与钢质舵的模态振型基本相同,但复合材料舵所对应的固有频率高于钢质舵;同时,在白噪声激励载荷作用下,10 Hz~1 kHz频段内,复合材料舵整体加速度总级较钢质舵降低可达15 dB,且复合材料舵在局部壳板振动抑制方面明显优于钢质舵.本文研究将为复合材料舵的优化设计和工程应用提供参考和指导.     

约束阻尼层对钢板振动影响的试验与仿真

为研究不同阻尼层对结构振动特性的影响规律，基于模态应变能法和振动试验，研究钢板敷设不同厚度阻尼层和约束层前后的振动特性。对比辐射前后结构的插入损失和阻尼损耗因子，验证仿真模型的振动特性与试验具有良好的一致性。结果表明，阻尼层厚度越大，结构固有频率越低，损耗因子越高。随着阻尼层厚度的增加，自由阻尼板的减振性能变好，约束阻尼板的减振性能提升不太明显，而随着约束层厚度的增加，约束阻尼板的减振性能提升明显。     

On the effect of the ply stacking sequence on the failure of composite pipes under external pressure

The use of high performance structural composites has become very important over the last decades, especially where weight is an essential factor. Particularly in the oil and gas industry, several designs of composite pipes for deep water applications have been recently proposed as competitive solutions against traditional steel pipes. Thus, it is important to assess the performance of composite pipes under high external pressure in order to avoid pipe failure or overconservative designs. In this paper, experimental tests of different composite pipe configurations are performed and then compared to analytical and numerical predictions. Unlike the case of internal pressure loads, the collapse pressure of composite pipes depends on the initial ovality and on the ply stacking sequence. The collapse resistance of different composite pipes is firstly studied through simplified analytical equations combined with different failure criteria. Then, a finite element model is developed using a progressive failure criterion [1]. Both analytical and numerical failure predictions were compared to experimental tests carried out on four composite pipes produced with different ply stacking sequence by the filament winding method [2]. An experimental-numerical-analytical comparison shows that numerical and analytical models provide results in good agreement with those obtained experimentally. Finally, a parametric analysis is carried out to show the effect of ovality and ply stacking sequence on the failure pressure of composite pipes.     

基于多种失效模式SPS复合钢板替换船用钢板的优化设计

在SPS复合钢板的设计中获取不同的失效模式。以减重为目标,应用序列二次规划法对SPS复合钢板进行等效船用钢板的优化设计,同时对SPS复合钢板进行多目标优化,应用层次分析法定各目标的权重。在这两种优化方法的基础上,对船用钢板与SPS复合钢板进行了屈曲、弯曲对比数值分析,同时将结果与理论计算结果对比分析。结果表明,SPS复合钢板重量能够减轻37%以上,刚度增加两倍多,但厚度增加70%。     

考虑流固耦合的多分支管道系统振动研究

利用拉普拉斯变换,把时域14方程模型变换到频域,并化多元一阶常微分方程为一元高阶方程,对其求解,得到直管的频域解析解。然后把任一管段的初始坐标值和末端坐标值代入直管的频域解析解,得到单管的传递矩阵,结合分支点的平衡条件,便可以推导出任意N个分支管的传递矩阵。增加7(N+2)个分支管的边界条件,求解得出任意N分支管路的频域解。最后,进行仿真计算,利用英国Dundee大学Tijsseling教授的实验结果以及ANSYS仿真计算对结果进行验证,验证了文中方法的正确性;并例举了不同分支数目以及不同分支位置管路的仿真计算结果,同时对仿真结果进行了分析。     

Axisymmetric structural behaviours of composite tensile armoured flexible pipes

To address the weight and corrosion challenge in deep-water, replacing the steel tensile armour in flexible pipes with composite materials is an alternative conceptual approach. An axisymmetric structural responses model is built for this novel composite armoured flexible pipe, with interlayer gaps that may occur in the unbonded structure considered through an iterative algorithm. The tensile strength of steel and composite armoured pipes are predicted based on different constitutive relations of steel and composite. Essential quantities are obtained, such as tensile stiffness, deformations of each layer and interlayer gaps or contact pressures. Considering the helix form of carcass and pressure armour, a finite element model is established for the verification of the theoretical model. Case study shows that the tensile stiffness of flexible pipe is overestimated with the interlayer gap ignored. Compared with steel armoured flexible pipe, the composite armoured pipe, whose tensile stiffness decreases less as external pressure increases, meanwhile has higher values of tensile ultimate strength and torsion stiffness. Some suggestions about fiber types and volume fraction for composite tensile strips are given to ensure good performance of axial tensile strength and stiffness.     

船用柴油机燃油管系减振研究

为解决某船用柴油机燃油管系低压管路振动强烈问题,实船测量了燃油管路和主机振动、燃油脉冲压力和管路固有频率,确定喷油泵柱塞间隙性进、回油诱导管路内燃油压力脉动是激励管路振动的主要原因。从结构和流体两个角度分析了管系减振的方法,通过加焊马脚改变管系的刚度和加装阻尼器降低燃油脉冲强度两种方法来降低管路的振动。试验结果表明,两种方法皆有效地降低了管路的振动,特别是阻尼器从源头降低燃油脉冲能量的减振效果更明显。     

提高船用阻尼材料应用效果的优化设计方法

基于模态应变能法及结构动力学优化理论,研究提高船用阻尼材料应用效果的多种方法。方法1是在满足所使用阻尼材料重量相同的条件下,首先对阻尼材料进行一定百分比的开孔,与同等重量的实心阻尼材料结构相比,贴敷开孔阻尼材料的结构损耗因子得到了提高;其次,以所用阻尼材料重量为优化目标函数,在满足给定的整体结构损耗因子约束条件下,建立贴敷阻尼材料复合悬臂板优化模型。方法2主要优化设计复合板不同区域阻尼材料的厚度值。方法3则主要针对复合板不同区域阻尼材料的分布进行拓扑优化设计,得出在给定复合板前3阶模态损耗因子约束条件下阻尼材料的最佳厚度值和拓扑分布。研究结果表明:阻尼材料上一定百分比的开孔可有效提高结构减振效果;通过重量目标函数及考虑损耗因子约束的阻尼材料结构厚度优化和拓扑分布优化,可以找到满足指定减振要求下阻尼材料用量最小的结构,且拓扑分布优化效果更好。     

复合材料—钢混合结构封闭式桅杆振动特性研究

由于隐身性的需求,复合材料—钢混合结构的封闭式桅杆逐渐在舰船上使用。开展了复合材料—钢混合结构封闭式桅杆的模态试验,通过实验检验了桅杆数值计算模型,并采用数值方法研究了雷达罩复合材料夹层板板厚对桅杆和顶部雷达罩振动特性的影响规律,通过研究发现复合材料夹层板振动特性良好。此外,根据八边形桅杆的数值计算结果提出了雷达罩总体和局部振动频率的预测方法,通过四边形和六边形桅杆的检验,证明此种预测方法具有普遍意义,为封闭式综合集成桅杆的结构设计提供了有益的参考。