舰船智能结构动态特性的实验研究

振动是存在于船体结构中的一个普遍现象，它所带来的危害一直为人们所关注。根据振动主动控制原理，建立了以压电陶瓷作为执行器和传感器的甲板振动主动控制模型；利用ANSYS软件对建立的实验模型进行了有限元压电耦合动力学数值计算，确定了压电作动器和传感器在受控结构中的布置位置；搭建物理实验平台，开发了基于滤波后—xLMs控制算法的单输入多输出的振动自适应主动控制系统，在使用模拟滤波器的基础上，对所采用的实验模型进行筒谐及随机扰动下振动主动控制的物理实验研究。实验结果表明，通过控制甲板结构的边界，从而有效控制其振动情况的方法是可行的。这为微小型航行体减振降噪提供了一条新的途径。     

基于舰船振动信号激励下压电智能梁振动主动控制

为研究舰船结构振动主动控制有效方法,采用线性二次型独立模态空间控制法设计控制器,对舰船振动信号激励下压电智能梁的振动进行主动控制。基于Hamilton原理建立压电智能结构的有限元模型,并利用精细积分法计算前3阶模态的位移响应。编制了相应的计算机程序,对舰船振动信号激励下梁结构的振动进行主动控制数值仿真。由仿真结果可见,控制可以有效地实现,为舰船结构振动主动控制提供理论基础。     

压电层合柔性梁振动主动控制

智能材料因其低质量、宽频带和强适应性等特点,在柔性结构振动主动控制方面有了极大的应用.基于Mindlin一阶剪切变形理论,考虑机电耦合作用,推导了含电势自由度的4节点四边形压电层合板/壳单元的有限元列式,并对含压电层的典型柔性结构的动力特性进行了分析.采用精细积分法计算结构的状态空间响应,用线性二次型调节器( LQR)方法设计输出反馈控制器,实现了压电层合柔性梁的振动主动控制.     

智能结构应用于船体振动控制的研究

本文从机电耦合弹性体的理论出发,运用Hamilton原理建立一般机电耦合系统的动力分析模型,并推导出有限元分析的耦合系统方程、作动方程及检测方程.以此为基础进行压电控制系统设计.应用LQG算法对简化舱段船壳的振动控制表明,增大结构的阻尼,使结构的振动降低,有效地控制结构振动.     

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。     

32 500/34 300 DWT散货船舱室甲板结构振动性能预报及振动控制

本文以32500／34300DWT散货船为对象，采用三维有限元模型化处理进行了舱室甲板结构振动的性能研究，提出了计算模型的建立方法，并对其典型甲板进行了模态分析。通过激励分析和振动模态的比较，对结构进行改进以使其满足振动要求。叙述了目前工程上船舶舱室甲板结构设计振动控制的方法，为以后在减振措施研究方面，取得了有益的经验。     

薄圆桶压电振子的弯曲振动分析

薄圆桶压电振子是薄金属圆桶底部粘合压电陶瓷圆片的振动元件.文章利用瑞利—里兹法,采用弹性边界约束条件,对薄圆桶压电振子的振动特性进行理论分析,推导得到压电振子振动频率方程,通过数值计算分析支撑结构对压电振子频率的影响,为该类传感器的研制提供设计依据.经分析计算,当压电振子中陶瓷圆片结构确定时,振子的谐振频率随支撑结构厚度的增加、半径的减小而增大.其中当金属底面厚度与振子总厚度之比在0.5～0.75之间时,振子谐振频率变化缓慢,当两者厚度比超过0.75后,谐振频率迅速增高;而当压电圆片与支撑结构半径比在0.4～0.9之间变化时,振子谐振频率随两者半径比的增大而增加,变化斜率也略有增大.     

船舶智能结构压电分析Patran/Nastran开发及应用

针对船舶智能结构控制的需要,对大型通用软件Patran/Nastran进行了二次功能开发,实现了该结构分析软件的压电分析功能,并进行了船舶智能结构的振动控制研究.利用层合板湿热本构方程和压电本构方程的相似性,基于通用有限元软件Patran/Nastran中的湿热分析功能,利用Patran Command Language(PCL)语言,进行软件二次开发,在Patran/Nastran软件中开发了压电结构分析功能,并建立了方便友好的压电结构分析用户界面.应用所开发的功能,进行了船舶压电智能结构静力学分析的研究,并用算例验证了其可行性.从本文的算例中可以看出,无论是采用体单元还是壳单元对模型进行有限元网格划分,所开发的压电分析功能均能很好实现.本文研究成果可为船舶智能结构研究提供分析工具和理论参考价值.     

基于降阶模型的结构声耦合系统的极点配置

基于结构声耦合系统的降阶模型实现了水下结构振动和声辐射的极点配置.文中的降阶模型可完全基于结构声耦合系统的振动响应通过实验来获取,可以不需要形成或知道结构的质量阵、阻尼阵、刚度阵和流体的声阻抗矩阵.以水中板结构的振动和声辐射为例使用同位的传感器/作动器布置采用输出反馈控制对流体加载下的板的固有频率和阻尼进行了配置,并对不同的控制构型进行了分析和讨论.数值模拟结果表明基于降阶模型进行水下结构振动和声辐射的极点配置是可行的.     

船舶板壳结构的振动功率流分析

基于功率流采用有限元法研究了板、壳结构的振动功率流特性,分析结构阻尼、阻尼器、加强筋等参数对结构功率流的影响,给出了相应的功率流矢量图和功率流-频率曲线图.分析表明,结构阻尼的改变、阻尼器阻尼值的变化均没有改变系统的固有频率,但随着结构阻尼的增大或阻尼器阻尼值的减小,结构振动响应的峰值变小了;加强筋明显改变了功率流的大小和传播路径.     

船舶浮筏系统动力学特性的影响因素研究

在船舶浮筏隔振系统的动力学特性研究中，以往的刚体分析模型会在高频段造成很大误差，本文从基于有限元的弹性体模型出发，对隔振系统的多种方案进行了模拟激励下的响应分析，讨论了影响浮筏隔振性能的结构与材料因素，如隔振支承刚度与阻尼，筏体的刚与阻尼，浮筏基座刚度与阻尼等，通过船模实验验证了所建立的动力学模型，通过灵敏度分析得到振动传递率与各影响参数间的关系。     

泥浆泵舱顶部甲板减振研究

以某平台泥浆泵舱顶部甲板为研究对象，利用数值计算和振动测试结合的方法对其减振方案进行研究。设置两种泥浆泵运行工况，利用振动分析仪测量甲板上表面8个高振动测点的振动速度。利用有限元方法建立顶部甲板模型，通过模态分析和谐响应分析得到顶部甲板的前五阶固有频率和各测点振动速度-转速曲线。振动响应数值计算结果和测试结果吻合，验证数值模型可靠性。分析发现顶部甲板固有频率远离激励频率，结构振动属于强迫振动，主要由泥浆泵输出管系的管托固定在刚度较弱的顶部甲板纵骨引起。甲板振动速度不符合规范要求，因此提出两种增加刚度的减振措施。通过谐响应分析重新计算测点的振动速度响应，结果满足规范要求。研究结果为船体局部结构设计和减振设计提供参考。     

集装箱船弯扭耦合振动分析

本文基于薄壁结构力学基本理论，提出了一种适合于大开口集装箱船弯扭耦合振动分析的薄壁梁有限元模型。该模型考虑了翘曲、剪切及剖面转动的影响，以及货舱大开口和抗扭箱（甲板梁）引起的结构不连续性。其例中，计算结果与三维有限元分析结果、模型试验结果相当吻合，而薄壁梁有限元的计算效率要高得多，算例还表明抗扭箱（甲板梁）对提高集装箱船的抗扭刚度有十分重要的意义。     

阻振质量结合阻尼对船舶结构振动传递的抑制

利用波分析法研究了结构声在典型船舶结构中的传递规律及其抑制措施,通过数值计算比对了不同阻尼布置的效果。根据全局阻尼的局限性,提出了阻振质量结合阻尼的抑制方法,并通过对某简化船舶结构的方针分析验证了其有效性。研究表明,阻振质量结合阻尼完全可以达到甚至超过全局阻尼的减振效果,且阻尼层敷设在阻振质量之前,效果更明显。这对舰船减振降噪有一定指导意义。     

声传输进结构-声腔耦合舱室空间的主动控制策略和机理研究(英文)

An analytical study was presented on active control of sound transmission into a vibro-acoustic enclosure comprising two flexible plates. Two types of actuators were used, i.e. acoustic actuator and distributed lead zirconate titanate piezoelectric (PZT) actuator instead of point force actuator. Using the modal acoustic transfer impedance-mobility matrices, the excitation and interaction in the coupled sound transmission system can be described with clear physical significance. With the control system designed to globally reduce the sound field, different control system configurations were considered, including the structural actuator on the incident plate, actuator on the receiving plate, acoustic actuator on the cavity, and their combinations. The effectiveness and performance of the control strategy corresponding to each system configuration were compared and discussed. The role and control mechanism of each type of actuator were of particular interest. It was shown that the incident plate actuator is effective in controlling the cavity-dominated modes and the structural modes dominated by the incident plate and receiving plate. Two main control mechanisms are involved in this control configuration, i.e., modal suppressing and modal rearrangement. For control system configuration with only acoustic actuator in the enclosure, the mechanism involved in this arrangement is purely modal suppression. Desirable placements of structural actuators in terms of total potential energy reduction were also discussed.     

舰船结构气幕减振的模型试验研究

本文介绍和讨论了舰船结构气幕减振的模型试验研究。试验模型为铝质，平底，尖首，方尾、开口薄壁型船模，试验在循环水槽中进行，通过2种吃水，2种喷气孔径，6种喷气流量，2种水流速度的选择组合，研究气幕对船模自由振动，强迫振动和振动阻尼的影响，通过对试验结果的分析整理，得到了一些重要的结论，试验表明，气幕对舰船结构的强迫振动响应有较大的抑制作用，有明显的降噪效果；气幕减振有重要的应用前景。     

考虑流固耦合影响的水中桩基结构振动特性分析

水-结构的耦合振动是一个比较复杂的问题,在设计中,只有考虑水体对结构基频及阻尼比等振动特性的影响,才能使结构设计更为合理、可靠。以往研究多分析水体的附加质量效应对桩柱基频的影响,对水深、桩径、上部结构等因素的影响尚缺乏进一步的研究,对水体的阻尼比增大效应也缺乏定量分析。鉴于工程的需要,利用有限元分析软件ADINA建立水体-桩基结构相互作用的三维有限元数值模型,对流固耦合作用下结构的基频和阻尼比进行计算,分析多种因素对水中结构振动特性的影响,并给出水体产生的阻尼比推荐值。结果表明,水体会引起结构基频降低及结构阻尼比增大,流固耦合作用对振动特性的影响不容忽视。