舰船动力装置振动主动控制技术研究

振动主动控制技术是有效抑制低频振动,提高舰船隐蔽性和安全性、改善工作环境的有效手段。本文阐述了哈尔滨工程大学近年来针对舰船动力装置所进行的研究工作和取得的研究成果。主要内容包括:舰船主机及其动力装置主动隔振技术研究;舰船辅机———海水泵主动隔振技术研究;动力装置主动吸振技术研究;舰船结构主动消振技术研究。

主机与螺旋桨激励下某型散货轮船体振动差异特性研究

船舶的低频振动与水下辐射噪声是船舶最主要的噪声源,该振动噪声频谱通常分布在80 Hz以下的频段内,该频段内噪声源主要由主机激励和螺旋桨激励两部分构成。利用有限元法,基于某30 000 DWT型散货轮实际船型的尺寸和主机的安装位置建立带有主机、轴系、螺旋桨的船体有限元分析模型,进行模态分析,得到整船的固有特性。并在此基础上,分别计算主机机座垂向激励和螺旋桨轴向、垂向激励下整船的振动传递函数,获取两激励源引起船体振动的差异特性,为船舶动力系统设计与船体振动噪声控制提供参考。

横摇条件下主机隔振对船舶推进轴系横向振动的影响研究

以典型船舶轴系试验台架为研究对象,基于有限元法,建立了该轴系的有限元模型,并通过试验对模型进行了验证,计算分析了主机隔振条件下轴系的固有特性,并从运动形式的角度出发,将横摇运动等效为重力加速度的变化,作为边界条件,对该模型进行瞬态响应分析。计算结果表明:主机隔振会降低整个系统的固有频率,但对轴段的固有特性没有影响;在横摇条件下,联轴器位置的传递力和位移显著增大,并传递至轴段部分,使轴系的振动更加严重。

通海阀箱消声器抗冲击性能研究

以通海阀箱消声器为对象,研究船舶设备抗冲击分析方法,重点介绍等效静力法、动态设计计算法(DDAM)和时域动力分析法。按照德军标BV0430/85的要求,通过三维建模软件对通海阀箱消声器进行建模划分网格,在ANSYS环境中进行抗冲击分析仿真,并在第三方实验室对消声器进行了冲击试验。所得计算结果与试验结论对开展船舶设备抗冲击分析提供了一定的参考。

主机-船体耦合振动预测与特性研究

近年来,随着对船舶内燃机振动和噪声问题研究的不断深入,由主机引起的船体振动问题正成为各船舶设计部门的研究重点,它是船体的低频振动和水下辐射噪声的主要激励源。为此,本文根据某30 000DWT散货轮建立带有柴油机的船体有限元分析模型,分别对柴油机模型和船体模型进行模态分析,得到其固有特性。基于瞬态动力学方法,利用实测缸内压力数据对柴油机进行振动响应分析,研究主机激励经由机脚、基座传递到船体的传递特性,并且进一步计算分析主机激励船体的振动响应规律,为机、桨、船的匹配设计提供参考。

螺栓连接结构力学建模方法概述

概括国内外螺栓连接结构动、静态分析的主要研究方法与应用。针对从简单线性静力分析到复杂非线性动力学分析所用的各种数值模型和理论模型的研究现状及优缺点进行评述,指出与工程实际相结合,建立较通用的螺栓连接力学计算模型将是今后研究的热点方向。

活塞与缸套间隙对敲击噪声的影响

活塞敲击噪声是柴油机最重要的机械噪声,控制敲击噪声一般可以从源、传递途径以及表面辐射3方面考虑,其中控制源效果最佳。基于活塞2阶运动理论建立活塞运动动力学方程,计算得到活塞与缸套间隙别为0.5 mm、1.0 mm和1.5 mm 3种工况下的活塞与缸套4个接触点位置的载荷力。建立柴油机有限元模型,基于时域方法,计算柴油机表面的振动与噪声特性,预测机体的表面辐射声压。研究了活塞与气缸间隙对柴油机活塞敲击噪声的影响,得到机体振动与声学特性的变化情况,结果表明,通过采取减小活塞与缸套间隙的方法,可使柴油机的活塞敲击噪声得到一定的控制。

喷雾条件对船用脱硫塔流场影响的数值模拟

为了研究喷雾条件对船舶尾气脱硫塔内三维流场的影响规律,本文建立了有效的脱硫塔三维仿真模型。对洗涤塔内液滴的蒸发和流动特性进行模拟,重点研究了喷雾的锥角、喷雾温度和喷嘴的分布位置对雾化液滴粒径、塔内流场、温度场以及液滴雾化蒸发的影响。结果表明:喷雾的锥角较大时,喷雾区较薄,烟气穿透喷淋层的阻力较小,容易穿透喷雾区。喷淋温度高时液滴在塔内蒸发加快,液滴在洗涤塔内分布变差。较高的喷淋温度使洗涤塔内反应温度升高,会抑制SO2的物理吸收。改进喷嘴布置和喷嘴位置,使流场尽量均匀,保持塔内单位体积内的持液量,可以使脱硫率提高。

内燃机燃烧噪声传递路径及评价

燃烧噪声是内燃机的最主要噪声源之一,使用有限元方法建立V型内燃机模型,分析气缸压力在机体内的各种传递路径并通过相应方法计算各传递路径对机体的作用力,基于时域的有限元方法分析了整机在气缸压力作用下的振动及辐射噪声特性。在此基础上,以振动烈度及总声压级为评价指标,进行了各传递路径对结构表面振动及辐射噪声的贡献量研究。结果表明,对内燃机燃烧噪声而言气缸盖是引起内燃机振动噪声的最主要传递途径,在内燃机低噪声设计过程中应对气缸盖结构形式及与机体的连接方式进行充分考虑。

换热管受湍流分布力随机振动的虚拟激励法

为了分析换热管受外部横向湍流激励作用下的随机振动响应,本文建立了密置错排管束绕流的三维计算流体力学模型。应用大涡模拟湍流方法对管束绕流场进行了仿真,对换热管表面升、阻力进行了时域内和频域内的分析。经过多次计算提取流场深处圆管的表面湍流分布力,将换热管简化为两端固支中间简支的线性梁模型,引入虚拟激励法计算换热管随机振动的功率谱,并与传统随机振动预报方法对比了计算效率和精度。计算结果表明湍流分布力为服从均匀分布的广义多点随机过程,不同方法的计算速度呈模态截断阶数的指数关系,并通过精度分析验证了相干性各异的载荷作用时不同频段内虚拟激励法的精度与精确算法极为接近。

活塞侧向力作用的船用柴油机噪声预报方法

为解决柴油机振动噪声精确预报方法问题,建立了TBD234V8柴油机机体和油底壳的有限元模型,用模态试验验证了此模型的可靠性,在有限元模型上施加活塞侧向力,进行结构的时域动力学分析,并应用有限元和无限元结合的方法计算模型的辐射声场。在此基础上,对结构进行改进设计,比较了两种结构的机体外声场辐射噪声改变情况。本文提出的分析方法较频域方法与实际工作过程更贴切,可以用于柴油机振动噪声预报。