阻尼减振技术在推进轴系试验中的应用分析

推进器转子的激励力会通过轴系及艇体产生辐射噪声。阻尼减振是系统振动控制与优化中的一种重要手段,其本质是消耗振源传递的能量,进而降低结构振动响应。搭建轴系试验台架,以轴系振动加速度总值级为评价指标,分析加装颗粒阻尼吸振器和换装具有黏弹特性的高锰基合金材料基座的减振效果。试验结果表明这两种基于阻尼的减振方案对推进轴系均有一定的减振效果,可为推进器振动噪声控制提供技术支撑。

舰船水润滑艉轴承综合支承特性分析

针对舰船水润滑艉轴承在复杂工况下存在的润滑性能不清晰、支承特性不明朗等问题展开了研究,建立了艉轴承润滑特性计算模型,研究了摩擦界面润滑特性,分析了偏心率、长径比以及转速对艉轴承刚度阻尼的影响规律,探明了不同间隙比条件下的临界起飞速度以及转速与艉轴承刚度阻尼特性之间的关系,揭示了轴承参数对艉轴承综合支承特性的影响规律。在此基础上,阐明了间隙比对艉轴承润滑动态特性影响机理。研究结果为艉轴承动态特性及动态响应计算提供了理论依据。

人工中耳悬浮式压电振子的优化设计

为了优化人工中耳悬浮式压电振子的植入效果,设计了一种位移放大结构用于改善振子的输出特性。首先采用微CT扫描和逆向成型技术建立了包括外耳道、中耳和简化耳蜗的人耳有限元模型,通过与文献的实验数据比对验证模型的有效性。然后建立人耳与悬浮振子的耦合力学模型,通过有限元的耦合场分析研究加入位移放大结构前后的人工中耳植入效果。研究结果表明,采用位移放大结构后,振子于中高频段的等效声压级得到明显提升,可以有效降低压电振子的功耗。

粘弹性本构对人耳动力学特性影响的数值研究

为分析中耳软组织粘弹性材料特性对人耳系统动力学特性影响,建立包括外耳道、中耳及耳蜗的整耳有限元模型。外耳道及中耳模型用微CT扫描与逆向成型技术建立,耳蜗采用双腔导管形式简化模型。基于该模型,中耳部分软组织材料属性采用线性粘弹性,以表征动态分析中能量损耗。在外耳道施加90 d B SPL声压模拟声激励,并在计算中考虑外耳道气体、中耳固体及耳蜗流体多场耦合作用。中耳结构响应包括鼓膜脐部与镫骨底板位移及镫骨底板速度传递函数,耳蜗流体压力响应用于计算中耳压力增益、耳蜗输入声阻抗及压力逆向传递函数。结果表明,考虑粘弹性后,人耳系统动态响应参数较线弹性有一定程度改善,尤其在高频段提升较明显,与实验测量数据匹配效果更好。

基于粒子阻尼器的船舶推进轴系减振研究

推进器激励力经轴系传递至船体的振动是影响船舶艉部声学性能的一个重要方面,为了实现衰减该传递路径振动量级的目的,于螺旋桨与推力轴承间轴段布置粒子阻尼减振器,通过仿真获得配置不同方案阻尼器的推进轴系的耗能结果,分析阻尼器配置对船舶推进轴系系统动特性的影响。基于轴系机理试验台架进行试验,以推力轴承基座振动加速度响应量级作为评价指标,充分评判了粒子阻尼减振器在推进轴系减振的适用性与实际效果。试验结果表明,在适当的位置安装粒子阻尼器可以获得显著的减振效果,同时验证了仿真结果的准确性。

不同瓦面形貌参数的曲面可倾瓦推力轴承动特性仿真研究

为了揭示瓦块曲面形貌参数对船舶可倾瓦推力轴承动特性的影响规律,建立可倾瓦推力轴承瞬态热流体动压润滑模型,采用轴向扰动法研究轴承刚度和阻尼系数的计算方法并进行了验证。设计6种瓦面形貌,仿真分析不同形貌类型和瓦面弯曲程度对推力轴承动特性的影响规律。结果表明:推力轴承刚度系数随激振频率的增加而上升,阻尼系数随激振频率的增加而下降;在相同激振频率下,仅考虑一个方向的形貌改变,周向瓦面凸起量的增加可以增加油膜厚度,降低轴承的刚度和阻尼系数,但径向凸起量的增加对轴承的刚度阻尼系数几乎无影响;仅考虑径向凹陷时,阻尼系数随凹陷量的增加而增加并可达到最大;当同时考虑周向和径向的形貌变化时,则周向凸起量是轴承主要的影响因素。

几何非线性对于人耳传声特性影响的数值分析

采用有限元单元法分析了不同的中耳静压加载下,几何非线性对于人耳传声动态特性的影响.首先建立了包含外耳道、中耳和简化耳蜗的人耳有限元模型,通过与实验数据的比对验证了模型的有效性.其次,基于有限变形理论,在几何非线性中考虑大变形和预应力对于系统刚度矩阵的影响,计算了-2.0kPa到＋2.0kPa的静压加载下,鼓膜脐部和镫骨底板于0.25~8.00kHz频域内的位移响应.结果表明,当只考虑几何非线性时,中耳正压对于人耳动态特性的影响主要集中0~2.5kHz的低频段,并会导致中耳结构的软化,而负压的加载则会导致中耳结构的刚化现象.

表面织构水润滑聚合物轴承承载性能有限元分析

应用ADINA有限元方法,对无织构和有织构水润滑聚合物轴承的承载性能进行流固耦合有限元仿真分析,探讨不同内衬材料轴承在不同转速下的水膜压力分布及承载力变化状况,以及材料弹性模量、转速、水膜压力对凹坑表面织构变形的影响规律。仿真结果表明:内衬材料弹性模量对凹坑变形及水膜压力有重要影响,在相同条件下,弹性模量越大,水膜压力及承载力也越大,因此内衬材料应选弹性模量较大的聚合物材料;在相同条件下,有织构轴承的水膜压力和承载力均高于无织构轴承;轴承发散区的织构布置初始角对轴承承载力分布状况有一定影响,随初始角的增大轴承承载力呈现先升高后降低的变化趋势。

船舶动力装置模块化建造工艺设计及精度分配

[目的]模块化造船有利于缩短设计建造周期、降低生产成本、提高产品质量,但给船舶建造能力提出了较高的要求,尤其是动力装置的安装。由于其具有对接安装精度高、设备安装尺寸链长、安装对接接口多等特点,较易产生由于对接安装设备间偏差大而无法对接安装,以及对接安装精度差导致的设备运行异常振动噪声等问题。为有效化解上述建造工艺设计及精度分配问题,[方法]在现有国内船舶建造能力的基础上,运用数值分析方法,开展动力装置模块化建造精度分配计算分析。[结果]数值计算分析表明,各对接安装环节精度分配合理可行,相关调节余量设置满足船舶建造要求。[结论]上述数值分析方法可用于指导船舶动力装置模块化建造。

船舶推进轴系振动控制研究

推进轴系运行引起的振动是船舶艉部振动噪声的主要噪声源,轴系振动控制对船舶振动噪声控制有重要意义。从系统动力特性设计角度出发,对影响轴系振动的因素进行了理论分析,提出了控制轴系纵向一阶叶频临界转速、缩短推进器悬臂长度、开展轴系与结构动力学匹配设计等振动控制措施。通过台架试验对理论研究结果进行了验证,结果表明所提出的振动控制措施切实有效,对实船推进轴系振动控制具有实际指导意义。

随轴系做复杂空间运动的船舶螺旋桨水动性能计算

船舶航行时,附在转轴上的螺旋桨通常做复杂的空间运动。这是因为一方面螺旋桨和转轴不可避免地存在偏心,使得在不平衡激励下转轴在绕自身中心线旋转的同时又发生空间涡动(又称为进动);另一方面,螺旋桨通常工作在不均匀的流场中(即使来流均匀,轴系涡动亦会导致流场的不均匀),桨叶表面的脉动力也会导致转轴的空间振动。对具有复杂三维运动的螺旋桨的水动性能预报是一个难点。本文建立了螺旋桨在流场中随轴系做复杂空间运动时的水动力预报数学模型,并利用不定常面元法求解了这一问题。该方法按时间步顺序求解,考虑了不均匀流场、轴系振动、尾涡的非线性运动及卷曲等因素。利用本文提出的方法并结合结构动力学模型,可以方便地研究流体-螺旋桨-轴系双向流固耦合等问题。同时该方法也可以用来预报船舶转弯、船舶升沉及纵摇振荡、螺旋桨启停及加速等复杂工况下的螺旋桨水动性能。文中通过一个算例验证了算法的有效性。最后,预报了轴系纵向振动幅值为1 mm,振动频率为3 Hz并伴有微量回旋振动时所引起的4381螺旋桨的脉动力。研究表明推力脉动分量大约为其静态分量的4.5/1 000,扭矩脉动分量大约为其静态分量的4/1 000。

振子及其耦合条件对圆窗激励式人工中耳性能影响的数值研究

为研究振子及其耦合条件对圆窗激励式人工中耳植入性能的影响,建立了包括振子和隔膜在内的人耳有限元模型。该模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者右耳,采用CT扫描和逆向成型技术建立而成,通过与相关文献的实验数据比对验证了模型的可靠性。基于该模型,分析了圆窗上的初始预压力、振子和隔膜的设计参数变化对振子听力性能的影响。结果表明:振子横截面积越大,其对耳蜗的激励效果越差;隔膜的引入有利于提高振子的激振性能,在该研究范围内,较小的隔膜杨氏模量和厚度有利于提升振子的激振性能;振子质量的增加会恶化振子在高频段的植入性能;在圆窗上施加的初始预压力能够提高中高频段上对耳蜗的激振效果。

基于小波分频的压电式人工中耳信号处理研究

基于一新型压电式人工中耳,提出利用小波分频方法对其信号进行处理,使该植入装置能模拟正常中耳的传递特性。首先,基于Bark频谱理论,利用小波分频技术将输入信号分为17个频带;再参考中耳传递特性,对每个频带的信号赋以相应的增益系数;最终,通过实验验证该方法的可行性。结果表明,该法可使压电叠堆的输出能较好地反应正常中耳的传递特性。

潜深艉轴机械密封热固耦合变形特性分析

为了解深水环境下以高分子材料为摩擦副的机械密封性能,建立机械密封热固耦合模型,分析介质压力、摩擦系数和弹簧比压对机械密封热变形的影响,结果表明,随着介质压力、摩擦系数和弹簧比压的增大,机械密封摩擦副的最高温度也随之增大,但摩擦系数和弹簧比压引起的温升相对更大;介质压力对摩擦副静环未接触部位的轴向变形影响较大,但对摩擦副动环的轴向变形基本没有影响;介质压力、摩擦系数和弹簧比压对接触面积的影响不同,导致摩擦产生的热量不同,从而引起热变形上的差异。

推力瓦块几何参数对船舶推进轴系纵振特性的影响分析

[目的]推力轴承整体刚度对轴系纵振固有频率具有重要影响,但有关推力轴承油膜刚度影响规律的研究很少,其动态特性仍需深入研究。[方法]在分析推力轴承推力瓦块润滑特性的基础上,通过建立轴系纵振分析模型,开展扇形推力瓦瓦张角、瓦面形面以及支撑形式的参数变化对轴承油膜刚度和轴系纵向振动的影响分析。[结果]结果显示,扇形瓦的瓦张角、瓦面形面以及支撑形式的参数变化,均会对轴承油膜刚度造成影响;随着油膜刚度的增大,轴系的一阶、二阶和三阶纵向振动固有频率将逐渐增加;在油膜刚度偏小时,一阶、二阶固有频率随油膜刚度的变大增加较快。[结论]所做研究对指导推力轴承的设计及轴系纵振控制设计具有重要的理论指导意义。

螺旋桨非定常力对推力轴承油膜刚度影响的理论与试验研究

为了分析螺旋桨非定常力对于推力轴承纵向刚度的实际影响范围,基于Reynolds方程推导了轴承纵向刚度的表达式,采用拟定常化的方法处理螺旋桨的非定常力;基于稳态分析的研究假设,计算了不同转速与螺旋桨载荷下的推力轴承油膜纵向刚度;进一步搭建了推力轴承油膜刚度测量的试验台架,测量了不同激振力作用下的轴承油膜刚度.结果表明,理论计算与试验测量结果吻合良好,螺旋桨非定常力对推力轴承油膜纵向刚度的影响随载荷和转速的增加而增加,一般为15%,最大可达到20%.

考虑蜗孔尺寸的人耳耳蜗有限元模型研究

建立人耳耳蜗的二维双向流固耦合有限元模型,包含卵圆窗、圆窗和基底膜等膜性结构,耳蜗管道中充满流体,采用流体-结构双向流固耦合动力学分析方法,在不同蜗孔尺寸时研究声音由卵圆窗传递到基底膜的机制。已有文献设置的蜗孔尺寸与人耳解剖文献中的蜗孔尺寸参数不一致,设置了三个不同蜗孔尺寸的耳蜗有限元模型,获得不同蜗孔尺寸对基底膜响应的影响,同时验证了耳蜗的频率选择特性,计算结果与报道的实验数据相一致。结果表明:设置合适的蜗孔尺寸,可以获得与实验数据更接近的结果。

砧骨激励式压电振子听力补偿性能实验

针对传统压电式人工中耳输出增益较小、工作频带窄的问题,提出利用压电叠堆型压电振子激振砧骨体来补偿听力。为验证该方案的可行性,搭建由送声器、测声探管、压电振子及激光测振仪等构成的颞骨实验台,对振子动态特性、听骨链在声激励下及压电振子激振下的动态特性进行了测量。通过对比分析镫骨在两种激励下的运动情况,研究压电振子的听力补偿情况。结果显示,该砧骨激励式压电振子在低功耗、低电压下,便能对听力损伤进行有效补偿。此外,该压电振子听力补偿时还具有高频性能优异的特点,一方面在同等驱动电压下,高频补偿能力更强,能激起高达130 dB鼓膜声激励对应的运动幅度;另一方面,对高频段听力补偿时,具有较高的清晰度。

四液压缸同步举升系统环形耦合控制策略

针对船舶设备安装过程中如何提高举升液压缸同步性问题进行了研究。采用电液伺服技术对250 t船用设备举升系统进行控制。在对单缸使用传统PID控制的基础上,加入了环形耦合同步算法。通过仿真分析,验证了该控制方法在提高四缸的同步性能方面的有效性。

横向振动状态下水润滑轴承摩擦动力学特性

低速重载等极端工况下摩擦诱导异常振动会极大地影响舰船推进轴系中水润滑轴承的稳定运转。针对水润滑轴承开展考虑横向振动的摩擦动力学性能研究,建立受横向振动效应影响的水润滑轴承混合润滑和流体动压润滑模型,分析2种状态下轴承的振动特性;通过将轴颈平衡位置下的坐标代入轴承横向振动模型中,得到轴颈的扰动量,研究不同激励幅值对轴承摩擦力的影响规律,探明弹性变形条件下水润滑轴承的摩擦诱导振动机制。结果表明:当轴承出现接触,横向振动对轴承的摩擦力影响较显著,将导致轴承摩擦力呈现非线性变化。研究结果为评估横向振动对摩擦力的影响程度、揭示轴承摩擦振动机制提供支撑。