螺旋桨激励条件下结构振动特性研究

为研究复合材料螺旋桨以及铜质材料螺旋桨在锤击激励以及非稳态激励条件下的结构模态固有特性和水下振动噪声特性,在设计的试验环境下,对处于水介质以及空气介质中的复合材料螺旋桨以及铜质材料螺旋桨5桨叶进行模态激励试验,得到两型螺旋桨各桨叶的固有频率、模态振型以及阻尼比,并分析两型桨5桨叶之间的差异;针对桨-轴系统在临界转速工况下出现空化而导致的异常振动噪声现象,选取螺旋桨发生空化前的辐射水声频谱,对两者进行了对比研究;另外,试验还模拟桨-轴系统在高速运转下的停车运行工况,对停车运行过程的振动噪声时频特性进行分析。试验研究结果表明:前3阶模态中,复合材料螺旋桨各桨叶之间的差异比铜质材料螺旋桨之间的差异要大,但两型桨叶的振型基本一致;螺旋桨发生空化时,产生的叶频及其倍频幅值放大了约2~10倍;停车运行过程中,变流速,变转速产生的变激励力是引起振动噪声时频变幅特性的主因。该研究成果对新材料、新工艺在船舶推进器声学设计有较好的指导作用,对螺旋桨在非稳态激励下的噪声源声学特性有全面认识。

基于DSP的声压与振动数据采集系统的设计

针对传统数据采集系统功能单一,抗干扰能力差,精度低,内存小,速度慢无法处理大量数据的问题,设计了一款基于DSP处理器的声压与振动数据采集系统;仪器内置的FPGA保障了高速数据采集,DSP处理器和大容量DDR2存储器使得系统可以不依赖上位机而直接在设备底层进行FFT计算,以太网接口有效地提高了数据传输的安全性和可靠性;环境试验结果显示该系统性能稳定,适用于如高温、低温、盐雾、高冲击等恶劣环境下的数据采集,可以满足声压和振动信号的采样和分析要求。

基于几何声学的船舶舱室声学设计方法

[目的]为了在船舶舱室的众多噪声传递路径中选取最佳噪声控制位置及控制措施,[方法]基于几何声学理论中的声线跟踪法,考虑舱壁声透射的作用,提出声线搜索法。模拟船舶多舱室声场的分布,计算舱室声压。通过搜索目标舱室的供能声线,计算不同位置舱壁对目标舱室噪声的声灵敏度,根据灵敏度计算结果,设计船舶舱室降噪方案,优化舱室中高频噪声。[结果]利用该方法优化典型舱室噪声,噪声降低了7.3 dB。[结论]通过与统计能量法的对比分析,验证该方法可行,可指导船舶舱室降噪精细化设计。

轴对称直喷管的水下射流噪声特性数值模拟与实验验证

[目的]为研究水下射流噪声特性,[方法]应用Lighthill声类比计算轴对称直喷管的自由射流声场特性,借助FLUENT仿真软件并采用大涡模拟法计算该直喷管的水下射流流场,最后基于混响法进行实验验证。[结果]结果表明:稳态射流流场的核心区长度与流速无关,核心区长度约为喷管直径的8倍;射流噪声辐射功率与流速的8次幂成正比;不同流速下的射流噪声功率谱在低频段的差异较大,在高频段的差异则显著减小,且辐射噪声能量主要集中在低频段,但流速增加后射流噪声的主要贡献将向高频段移动。[结论]在射流噪声计算仿真方面,将大涡模拟法和Lighthill声类比相结合是一种有效的分析手段。

基于QPSO的水下加肋圆柱壳体噪声优化设计

提出了厚度分布沿轴向周期变化的加肋圆柱壳体有限元矩阵的快速导出算法,并结合边界元法对圆柱壳体在水下受力振动与声辐射进行预报。在此基础上,以低频段内总声辐射功率最小为优化目标,采用量子粒子群算法对厚度沿轴向周期分布的加肋圆柱壳体进行优化设计。数值仿真结果表明,该算法对水下加肋圆柱壳体的噪声优化设计分析周期有明显的改善,合理配置圆柱壳体的厚度分布可以有效的改善圆柱壳体在水下的噪声性能。

基于流固耦合的桨轴系统横向振动特性研究

随着大型化、高速化船舶的发展,桨轴系统的工作负荷加重,尺寸增大,尾轴承的润滑状态会改变轴系的支撑特性,而对支撑系统敏感的横向振动也就更容易受到影响。以某实验室长轴系为研究对象,建立尾轴承实体模型,采用多点支撑,建立水润滑轴承的润滑特性模型,计算基于流固耦合的轴系横向振动特性,并与传统单点支撑的轴系横向振动计算进行对比。结果表明,基于流固耦合的轴系模型更能反映出真实的轴系振动特性。

水下航行器附体线型及布局对流噪声影响研究

为了研究附体的形状及附体布局对水下航行器流噪声的影响,采用流体动力学仿真方法,研究了水下航行器光体模型及全附体模型的流噪声,通过对比航行器的不同围壳构型及尾翼安装形式条件下的仿真结果,研究附体线型及布局对航行器的流噪声影响。计算结果表明,随着航速的增加,水下航行器的流噪声声压总级快速增大,围壳线型对水下航行器流噪声性能影响较大,整体接近扁平化的围壳有利于航行器流噪声的降低。采用X型尾翼安装形式可以避开围壳对于水下航行器尾流的扰动,产生的流噪声也较小。研究结果对水下航行器的附体的构型设计有一定的指导意义。

多层管路-浮筏系统结构响应特性及冲击环境研究

为分析管路-浮筏系统冲击响应特性及抗冲击薄弱环节,设计多层管路-浮筏系统模型开展水下爆炸冲击试验,并结合Abaqus软件进行系统冲击响应过程的仿真分析。结果表明,水下爆炸后管路-浮筏系统试验模型结构完好,弹性元器件无损伤,弯管内侧以及法兰与管路连接处冲击风险较高区域,经过浮筏隔振系统对冲击载荷的衰减,可保证其冲击安全性。相关研究可为浮筏弹性元器件的选型以及管路及浮筏上设备选型提供了参考依据。

基于解析解和边界元解的圆柱壳声辐射对比研究

针对工程广泛应用的圆柱壳结构,首次运用解析法探讨了边界元软件Sysnoise两种加载方式-基于单元(Element)加载和基于节点(Node)加载-对声辐射影响,以及两种加载方式在网格加密情况下的收敛性问题。得到一些对工程计算的有益结论:①基于单元(Element)加载方式得到的结果要好于基于节点(Node)加载方式;②基于单元(El-ement)加载方式网格加密时收敛到解析解,而基于节点(Node)加载方式网格加密后,不一定得到收敛结果。

实现波能装置共振的方法研究

共振状态下波能系统效率高且聚能能力强的现象已为试验和理论所证实。研究实现波能系统共振的方法可以形成高效波能利用技术。在研究波能利用技术时,涉及流-固耦合、几何非线性、波浪易变性等问题,实现波能系统共振还有许多理论和技术问题需要解决。基于波能系统共振思想的主动共振波能技术是一种高效波能利用技术。通过在波能装置中设置可调的刚度对波能系统动力特性进行调整,使波能系统的自振频率与海浪频率一致,以实现波能系统共振。针对主动共振波能技术,基于势流理论及多刚体动力学理论,导出了刚度调节值计算公式。通过数值仿真试验证明了该公式的正确性和准确性。所提出的方法和共振控制方程同样适用于其他波能技术。

机械设备隔振系统的子结构建模方法研究

基于频响函数(FRF)的子结构方法是分析复杂组合结构的有效方法之一,其基本原理是使用单个非耦合的分量FRF通过阻抗或导纳方程构成总的系统响应。通过采用自由速度描述机械设备的激励特性,采用四端参数描述隔振器的阻抗特性,建立了机械设备隔振系统完整的子结构模型。经实测,获得了设备机脚的自由速度以及基座等结构的导纳矩阵,计算获得设备弹性安装后机脚和基座安装点的响应,并与测试结果进行了比较。分析表明,结果吻合较好,计算值与测试值的偏差基本在3 dB以内,能够满足工程要求。

任意边界及耦合条件下的多跨梁结构振动特性

[目的]为了克服边界及耦合条件对多跨梁结构振动特性研究的束缚,[方法]基于欧拉梁理论模型,采用Rayleigh-Ritz法建立多跨梁结构振动计算模型,对其在任意边界和任意弹性耦合条件下的自由振动特性进行研究。在传统三角余弦级数的基础上,引入4项辅助正弦三角级数,改善以往求解过程中在边界处存在的不连续或者跳跃现象。将位移容许函数的未知傅里叶展开系数看作广义变量,结合Rayleigh-Ritz法对其求极值,将结构的振动特性问题转换为求解一个标准特征值问题。[结果]通过与有限元计算结果进行对比,验证了收敛速度与计算精度。[结论]所得结果可为多跨梁结构的工程应用提供理论参考。

齿轮激励下齿轮传动-推进系统的动态响应特性及影响规律试验研究

[目的]为了研究船用齿轮传动-推进系统的动态响应特性及影响规律,开展一系列台架试验。[方法]首先,搭建包含跨接齿轮箱的双轴齿轮传动-推进系统试验台架;然后,开展齿轮箱体及推进轴系的加速度响应测试,对比分析转速、驱动方式、轴向静推力、螺旋桨模拟轴向动态激励力等因素对系统动态响应特性的影响。[结果]试验结果表明:振动加速度响应在齿轮传动-推进系统中的传递规律以啮合频率及倍频为主,部分工况在30~80 Hz的低频段也存在峰值。[结论]研究结果可为齿轮传动-推进系统的减振降噪设计提供技术支撑。

新型桁架箱体浮筏结构重量优化研究

结合桁架结构的优点,将桁架结构应用于传统浮筏形成一种新型桁架箱体浮筏结构,并对其重量进行优化。首先在有限元软件Abaqus中建立了桁架箱体浮筏模型,然后基于模态分析,重力场分析和抗冲击分析,以筏架上、下面板厚度为设计变量,分析了面板厚度变化对结构刚度及强度水平的影响,且在保证足够刚度和强度水平的前提下,浮筏减重可达15.4%。本文的研究可为新型桁架箱体浮筏的结构轻量化设计奠定基础。

复杂机械隔振系统阻抗与传递损失关联性研究

复杂机械系统一般由弹性元件和刚性元件构成。在系统稳态运行状态下,弹性元件与刚性元件构成的系统阻抗是影响隔振系统传递损失的关键因素。首先建立双通道传递系统阻抗数学模型,搭建了双层隔振机械系统试验台架,使用B&K 3660D型多通道测量系统以及B&K 8203型力锤,采用锤击激励法测量阻抗,得到系统初始安装状态的机械阻抗。然后通过调节机械系统基座结构强度,以及管路系统支撑刚度,研究两传输通道系统阻抗与机械系统隔振效果,管路系统传递损失之间的关联性,最后分析出了两传输通道系统阻抗与两者之间的定量关系。试验研究表明:1.适度提高基座结构阻抗有利于隔振装置的隔振效果,当隔振系统的隔振效果不能满足设计的要求时,增大试验基座阻抗有利于系统的隔振效果,2.通过改变管路系统弹性元件的属性及其布局形式,能有效增大管路系统的阻抗,提高挠性管路系统的能量传递损失,有效降低隔振系统的基座振级。

基于行波法的有限加肋板耦合运动研究

为研究板与加肋条的耦合运动特征,采用行波法和模态叠加法,根据板与加肋条的不同耦合连续性假设,建立3种耦合模型,即板-附加质量模型、板-欧拉梁模型和板-板-欧拉梁模型,此时3种耦合模型对应的加肋条分别为阻振质量、扁钢和T型材。根据行波法推导有限加肋板耦合结构的动力响应表达式,并自编Matlab程序进行振动响应计算,通过对比有限元数值计算结果与行波法半解析计算结果,验证该行波法解法是计算耦合结构振动响应的有效方法。对3种耦合力学模型的对比研究,根据耦合连续性假设分析结构刚度项对响应的影响,说明在低频范围内,结构刚度项对结构的动力响应影响较小,但随着频率的增大,结构刚度项对结构动力响应影响增大。对板厚和损耗因子进行参数分析,计算结果表明:随着板厚增加,板的模态数变少;在共振频率附近,随着损耗因子的增加,结构输入功率流和传递功率流的峰值降低;损耗因子的改变对结构的固有频率影响不大。

旋转自由度机械导纳测试技术研究

提出一种利用实验测试的平移自由度机械导纳估算所需要的旋转自由度机械导纳。其基本思想是在需要转换的点上布置加速度传感器,在测点处激励并提取各点的机械导纳。然后通过转换矩阵将这些平移自由度机械导纳转换为旋转自由度机械导纳机械导纳。通过对一悬臂梁结构的旋转自由度机械导纳的解析解和测试值进行对比。结果显示本文提出的测试方法具有较高的精度,可以较好的满足工程需求。

敷设超弹性材料夹层板在内爆载荷作用下响应研究

在通过实验验证数值方法计算舱室内爆载荷及结构在冲击载荷作用下响应可靠性的基础上,以舱室典型加筋板优化后的夹层板为对象,采用非线性数值方法计算在不同位置敷设超弹性材料及相同面密度橡胶夹层板在内爆载荷作用下的位移、速度及加速度响应,并对夹层板吸能进行探讨。从计算结果可知:填充超弹性材料可有效减小舱室内爆载荷作用下夹层板的响应振荡峰值;面板敷设超弹性材料可更好地提高夹层板的抗爆性能;橡胶层会延长夹层板的响应周期,随橡胶层厚度的增加,夹层板响应周期更加持久,面板与背板的加速度差逐渐减小。

非线性隔振系统振动特性分析

在舰艇振动较大的部位加装隔振系统是提高其自身声隐身性能最有效、最常用的方法之一，而混沌隔振方法可以很好地提高舰船线谱的隔振能力．以双层隔振系统为对象，建立两自由度非线性隔振系统的动力学模型，研究系统振动传递率特性及刚度对隔振效果的影响，采用数值积分方法分析不同激励幅值f1下系统随频率甜变化的分岔规律及非线性动力学行为．结果表明，当f1=12．0时，双层混沌隔振系统在1．11～1．18倍频区域出现混沌运动，该特征可以有效地降低结构噪声中的线谱成分，其整体隔振性能良好，验证了基于混沌理论的线谱控制方法的有效性．

船用空调器振动及隔振措施分析

空调器是船舶上广泛使用的辅机设备之一,其振动状态不仅影响周围居住舱室的居住环境,也影响全船的振动状态。本文开展了实船安装状态下某型空调器的振动测试及分析工作,并依据实际运行状态,分析空调器风机隔振、空调器整体单层隔振及空调器双层隔振3种不同隔振措施对空调器振动传递的影响。经过对比分析,以上方式均可有效降低空调器振动传递至安装基础,其中空调器双层隔振方案的效果最佳,且可有效降低低频振动的传递。