泵喷推进器压电复合材料导管及定子结构的振动控制

泵喷推进器导管及定子表面的分布式脉动压力通过导管和定子传递激励艇体振动的过程中,在导管和定子结构模态处会产生动力放大效应。为对该动力放大效应进行控制,提出内嵌压电片的碳纤维-玻璃纤维复合材料导管及定子结构,通过引入串联电阻-电感(Resistance-Inductance,RL)分流电路、负电容压电分流电路对导管和定子结构模态处的振动响应进行控制,以有效降低通过导管和定子传递至艇体的传递力。建立复合材料导管及定子结构的动力学模型、结构-压电分流电路机电耦合动力学模型,获得结构的固有频率、位移频响、最优控制分流电路参数及控制效果。结果表明:导管及定子结构第一、第二、第六、第八阶模态是振动传递动力放大效应显著的主要模态;串联RL压电分流电路可对主要模态的动力放大进行有效抑制,相应模态的传递力幅值分别降低6.35 dB、1.7 dB、0.4 dB和2.68 dB;相比于串联RL压电分流电路,串联负电容压电分流电路在相应模态的振动控制效果分别增加2.93 dB、2.70 dB、0.70 dB、1.37 dB;并联负电容压电分流电路的振动控制效果分别增加2.90 dB、2.40 dB、0.60 dB、1.36 dB。

基于近似模型的复合材料导管支臂结构性能分析

为分析气垫船复合材料导管支臂结构性能并进行高效率结构设计,采用一种带有权重系数变量的组合神经网络近似模型替代结构有限元计算。根据各铺层设计参数对结构性能影响的灵敏度进行分析并分组,建立多个神经网络模型,结合权重系数与各模型输出得到响应预测值。基于复合材料可设计性,应用优化拉丁超立方试验设计方法从细观和宏观层面分析研究导管支臂性能中材料参数的作用。结果表明:所提复合材料导管支臂结构组合近似模型方法具有较高精度,纤维弹性模量和基体剪切模量对导管支臂结构材料力学性能具有主导作用;在组分材料属性一定情况下,纤维体积分数的增加能够提高结构刚度与稳定性,在不同受力状态下纤维体积分数与各铺层角对结构失效影响有差异,设计时需进行特殊考虑;所提方法可为复合材料导管支臂结构性能分析及支臂结构材料一体化设计提供理论依据。

复合材料导管结构设计和有限元优化

导管桨可以有效提高推进效率,相比于金属导管,复合材料导管可以有效地减少导管螺旋桨重量,有利于导管桨的工程应用。采用纵、环肋的导管结构设计,克服了复合材料导管刚度较低的缺点。分别以干、湿模态为目标函数,利用ANSYS有限元软件APDL优化设计理论,对导管环肋分布位置进行了优化设计,给出了导管的最优结构形式,并比较了一阶干、湿模态频率和振型的异同。研究结果表明,复合材料导管一阶湿模态频率约为一阶干模态频率的25%,但振型特征相差不大;给出的结构优化设计方法对复合材料导管结构的工程设计具有一定的指导意义。