帶有動(dòng)力吸振器浮筏隔振系統(tǒng)的減振特性研究.pdf

1、浮筏隔振系統(tǒng)是一種新型有效的減振降噪裝置，已開始廣泛應(yīng)用于各種艦船的動(dòng)力裝置中。它可有效地抑制機(jī)械振動(dòng)能量傳遞到船體，使艦船結(jié)構(gòu)在振動(dòng)激勵(lì)下產(chǎn)生的自噪聲與輻射噪聲大幅度降低，并能對來自船體底部的沖擊有著良好的隔離效果。與其相關(guān)的理論與試驗(yàn)研究也成為隔振技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是傳統(tǒng)被動(dòng)浮筏仍然是被動(dòng)隔振，在使用過程中發(fā)現(xiàn)有以下不足：首先，在艦艇低速航行，機(jī)械設(shè)備激勵(lì)頻率等于或低于系統(tǒng)共振頻率的情況，隔振措施會“失效”；其次，當(dāng)艦艇航行工況

2、變化，即振源為變頻激勵(lì)時(shí)，隔振系統(tǒng)遠(yuǎn)離最佳工作狀態(tài)，導(dǎo)致傳遞到基座面板處的振動(dòng)級加大，引起水下輻射噪聲增高。 本論文以實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的工程預(yù)研項(xiàng)目為背景，通過研究帶有吸振器的浮筏隔振系統(tǒng)的減振特性，就吸振器在浮筏上減振應(yīng)用的問題進(jìn)行探索，具有一定的理論意義和重要實(shí)用價(jià)值，其具體研究內(nèi)容如下。 實(shí)際浮筏的筏體多由箱梁結(jié)構(gòu)組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計(jì)算量大。本文首先從簡單結(jié)構(gòu)浮筏系統(tǒng)著手研究動(dòng)力吸振器在浮筏上的應(yīng)用，考察通過安裝動(dòng)力吸振器

3、改善浮筏系統(tǒng)隔振性能這一方法的可行性，并為吸振器在實(shí)際復(fù)雜浮筏結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用提供參考。主要采用結(jié)構(gòu)導(dǎo)納綜合法建立了有、無吸振器的板式浮筏模型，分析比較了相應(yīng)復(fù)雜耦合隔振系統(tǒng)的功率流傳遞特性。理論分析表明，通過在筏架上安裝動(dòng)力吸振器，尤其是自調(diào)諧式半主動(dòng)吸振器來改善浮筏隔振系統(tǒng)的隔振性能是切實(shí)可行的。研究表明吸振器安裝位置與下層隔振器相對時(shí)，會有較好的減振效果；對于被動(dòng)吸振器，吸振器在其吸振頻率處有明顯的減振效果，而當(dāng)激勵(lì)頻率偏離吸振器的吸

4、振頻率時(shí)，幾乎沒有減振效果，甚至有反效果；由不同吸振頻率吸振器組合而成的寬頻吸振器組可以明顯拓寬被動(dòng)吸振器有效減振頻帶寬度；自調(diào)諧半主動(dòng)吸振器控制頻帶寬，對工況的適應(yīng)性要優(yōu)于被動(dòng)吸振器；而吸振器的阻尼和質(zhì)量比等結(jié)構(gòu)參數(shù)對于耦合系統(tǒng)隔振性能有較大影響，在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性和工程實(shí)際要求的前提下，應(yīng)用小阻尼、大質(zhì)量比的吸振器可有效改善浮筏隔振系統(tǒng)的隔振性能。 導(dǎo)納功率流法是當(dāng)前的研究浮筏功率流傳遞的主流研究手段，但其分析對象限于筏體為梁

5、、板等可以獲得解析導(dǎo)納的簡單浮筏系統(tǒng)；而且上述工作主要用作浮筏功率流傳遞理論上的定性研究，尚不能滿足分析實(shí)際工程問題的需要。本文采用有限元方法，對一實(shí)際應(yīng)用的浮筏系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究，并以此為例較為系統(tǒng)、全面地總結(jié)了以有限元分析為手段、功率流為指標(biāo)的浮筏裝置隔振效果的計(jì)算方法。該方法應(yīng)用有限元軟件前處理模塊直接生成復(fù)雜浮筏系統(tǒng)的模型，文中對該方法中筏體、隔振器、基礎(chǔ)的建模分別予以了說明：對于筏體單元類型、尺寸等于結(jié)果

6、的影響進(jìn)行了討論；提出了基于工程軟件隔振器復(fù)剛度建模方法，模型參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)測得的隔振器速度阻抗換算而來，可體現(xiàn)隔振器隨頻率變化的剛度和阻尼特性，并就常數(shù)參數(shù)模型適用的頻率范圍給出了說明；對于彈性基礎(chǔ)的處理可根據(jù)實(shí)體建模，也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)阻抗數(shù)據(jù)換算進(jìn)行簡化建模。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用工程軟件的諧響應(yīng)分析技術(shù)求解系統(tǒng)在外激勵(lì)下的響應(yīng)，并采用后處理程序?qū)ο到y(tǒng)響應(yīng)根據(jù)不同的工況進(jìn)行處理運(yùn)算，從而得到同頻和多頻激勵(lì)下浮筏系統(tǒng)的傳遞功率流。 由于研

7、究重點(diǎn)在于對吸振器在浮筏低頻減振應(yīng)用做初步的理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所以有必要設(shè)計(jì)一套應(yīng)用于該研究的既具有真實(shí)復(fù)雜浮筏系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，質(zhì)量又較小、易于控制的實(shí)驗(yàn)研究用浮筏模型系統(tǒng)。浮筏系統(tǒng)的優(yōu)良減振效果部分來自于其內(nèi)部阻尼耗散了振動(dòng)源傳遞過來的振動(dòng)能量。因此，如果適當(dāng)?shù)卦黾痈》は到y(tǒng)的阻尼，如變傳統(tǒng)焊接方式為螺栓連接，利用螺栓連接的連接阻尼增加筏架內(nèi)部阻尼；又如在筏體結(jié)構(gòu)中引入橡膠阻尼材料，將會帶來浮筏減振效果的進(jìn)一步改善，有效降低系統(tǒng)在低頻

8、段的功率流傳遞。文中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的浮筏模型系統(tǒng)的筏體，主要結(jié)構(gòu)形式采用仿書柜式的由上筏體和下筏體組成的新型裝配式結(jié)構(gòu)，上筏體與下筏體之間裝有可更換的墊塊，筏架整體由螺栓連接。墊塊可以是鋼塊或橡膠阻尼材料。另外，非常重要的一點(diǎn)是，這種組合式的結(jié)構(gòu)為吸振器的配置安裝提供了較大的可利用空間。有限元分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該浮筏模型系統(tǒng)具有良好的隔振效果。 對設(shè)計(jì)的剛性基礎(chǔ)和彈性基礎(chǔ)浮筏模型系統(tǒng)的低頻段動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，主要包括系統(tǒng)振動(dòng)