船舶推进轴系纵振动力吸振器设计及参数影响规律研究

摘要：本文提出一种并联安装在船舶轴系上的纵振动力吸振器的设计方法,其中船舶轴系与动力吸振器构成主从系统,实现振动能量在主系统上发生转移,实现抑制主系统共振的目的。首先对船舶轴系的纵向振动进行固有频率和模态分析,其次采用模态截取和模态综合法建立了考虑船舶轴系作为弹性连续体情况下的轴系-动力吸振器混合动力学系统模型,最后给出从螺旋桨激励力传递到推力轴承基座端的动力放大系数解析式,并对动力吸振器的设计参数影响规律进行研究,为减小船舶轴系纵向振动的动力吸振器设计提供了理论依据。     

中空轴系多模态纵向减振研究

采用阻尼动力吸振器对中空轴系纵向多阶模态进行振动控制,结合子结构综合法和传递矩阵法,建立了多个阻尼动力吸振器-轴系耦合系统的动力学模型,并进行了动力学特性分析。考虑到各阶阻尼动力吸振器间的相互影响,以极小化目标频段范围内轴系位移响应的均方值为目标函数,对各阶阻尼动力吸振器的参数进行了联合优化;针对轴系中空特点,设计了阻尼动力吸振器的具体结构形式,利用有限元仿真对理论计算进行了验证。研究表明:轴系多模态控制时,在多阶阻尼动力吸振器作用下,目标频段范围内的轴系纵向共振峰得到抑制,频响曲线趋于平缓;对多阶吸振器进行联合优化后,吸振器的吸振效果得到进一步提升;提出的多阶吸振器设计方法能为连续系统多模态振动控制提供参考。     

负刚度吸振器对有限长弹性梁的抑振效果研究

考虑不同形式负刚度动力吸振器对有限长弹性简支梁动态响应的影响,提出并建立"弹性梁-负刚度动力吸振器"耦合系统动力学模型。基于模态叠加法,推导得到各阶模态对应幅频响应解析表达式。以弹性梁第1阶振动模态作为振动抑制目标,结合固定点理论和最大值最小化优化准则得到各类型动力吸振器的最优设计参数。以功率流作为振动控制效果的评价指标,建立"弹性梁-动力吸振器"耦合系统的导纳功率流理论模型。在此基础上,计算得到安装动力吸振器前后弹性梁的总功率流和净功率流,以及动力吸振器消耗的功率流,研究不同形式动力吸振器的振动抑制效果。最后,选择振动控制效果最显著的动力吸振器作为研究对象,针对部分主要设计参数展开研究。计算结果表明：在目标控制模态频率附近,负刚度动力吸振器对弹性梁动态响应的控制效果较好,且多个振动模态响应均被有效控制;当阻尼元件和负刚度元件同时接地对弹性梁动态响应的控制效果最佳;众多设计参数均存在最优值。     

磁流变弹性体动力吸振器的实验

针对船舶轴系纵向振动控制展开研究。结合智能材料磁流变弹性体结构特点,提出一种新型动力吸振器结构--磁流变弹性体动力吸振器(MRE-DVA)—的思想,通过利用磁流变弹性体的刚度可调特性设计一种新型的宽频吸振器,实现变转速工况下对船舶轴系纵向振动的有效控制。加工相应的轴系半主动控制吸振器,并进行移频效应测试试验,验证利用磁流变弹性体流变特性设计动力吸振器的构想,从而为推进轴系的纵向振动控制提供理论和工程依据。     

悬臂梁式动力吸振器多频减振研究

将悬臂梁作为动力吸振器附加在振动主结构上来达到振动抑制的目的,数值计算分析表明悬臂梁式动力吸振器具有多频减振特性。按照模态理论建立基于悬臂梁的具有集中参数的等效复式动力吸振器模型,悬臂梁的每一阶模态作为一个自由度的弹簧质量系统,把悬臂梁每阶模态的有效模态质量和等效模态刚度作为每一自由度弹簧质量系统的集中质量和刚度。用悬臂梁式动力吸振器的附加动刚度验证等效复式动力吸振器模型的正确性。将悬臂梁式动力吸振器附加在主梁末端,调谐悬臂梁式动力吸振器的前4阶模态达到对主悬臂梁的多频减振效果,证实了悬臂梁式动力吸振器多频减振特性。     

推进轴系纵向振动引起的艇体声振特性分析

螺旋桨在艇体艉部不均匀伴流场中旋转产生的脉动推力激励起推进轴系纵向振动,振动经推力轴承基座传递至艇体,引起艇体水下低频辐射噪声。通过建立推进轴系、推力轴承基座和艇体耦合结构模型,分析推进轴系─艇体的耦合振动模态,结果显示,艇体弹性支撑边界条件对推进轴系的纵向振动特性有一定影响。采用基于模态叠加法的有限元结合边界元方法分析推进轴系纵向振动激励下的艇体水下辐射声场,分析表明,艇体第1阶纵向振动模态是参与艇体水下声辐射的主模态。进一步在推力轴承及其基座间安装动力吸振器以减小推进轴系纵向振动向艇体的传递,使艇体水下辐射噪声得到一定程度上的控制。     

基于动力吸振原理的低频多模态抑振器设计EI北大核心CSCD

为实现结构低频振动控制,基于动力吸振(dynamic vibration absorber, DVA)原理设计了一种多模态抑振器。为研究吸振器阵列与抑振器阵列的抑振效果,建立了附加动力吸振器阵列四边简支板的动力学耦合模型,验证了动力吸振器阵列的振动控制效果;提出了以橡胶板-质量块、橡胶基体-金属柱壳为主要组成结构的多模态低频抑振器,从理论上计算了其各组成结构的轴向共振模态频率,并以动力吸振器参数为基准对抑振器几何参数和材料参数进行了调整,最终通过仿真和实验验证了抑振器阵列振动控制效果。结果表明:当吸振器阵列或抑振器阵列布置位置覆盖结构主要模态下最大变形位置时即可达到最佳控制效果;吸振器阵列与抑振器阵列均有一定的振动控制效果,与吸振器与受控对象间为点接触不同,面接触放大了阻尼在振动控制中的作用,因此抑振器阵列的振动控制效果更为明显。     

动力吸振器用于夹层壁板颤振抑制的研究

提出了用动力吸振器来抑制夹层壁板颤振的新方法,将壁板设计成芯层分布安装微型动力吸振器的夹层壁板,针对壁板第一阶共振模态进行吸振设计,计算和分析了夹层壁板、带刚性梁夹层壁板和带吸振器夹层壁板的振动特性、频率响应特性和颤振特性.结果显示,吸振器能大幅度提高壁板的颤振速度,抑制夹层壁板颤振发生.     

用于含阻尼薄板结构减振的分布式动力吸振器的优化方法研究

动力吸振器用于结构减振时,其参数需要经过优化调谐才能获得最优的减振效果;目前,针对用于连续体结构减振的分布式(或多个)动力吸振器还没有很便捷的优化方法。研究了用于抑制含阻尼薄板结构基础模态振动的分布式动力吸振器的参数优化方法;利用模态叠加法建立了薄板与分布式动力吸振器的动力学方程,根据动力吸振器的振动特性推导得到了薄板基础模态与吸振器的简化二自由度运动方程,结合含阻尼的线性系统中动力吸振器最优调谐参数的求解方法,最终得到了分布式动力吸振器的解析优化公式。通过数值计算验证了优化公式的有效性;数值计算分析还表明优化公式对分布式动力吸振器抑制薄板结构的低频综合振动有很好的优化效果。     

动力吸振器在浮置板轨道低频振动控制中的应用

研究了动力吸振器对轮轨动力作用下浮置板轨道低频振动的控制特性。首先基于动力吸振器定点理论以及多自由度系统等价质量识别法,并通过对浮置板轨道进行模态分析,确定了浮置板附加动力吸振器的最优刚度、最优阻尼和最优附加位置;然后对浮置板轨道进行简谐响应分析,探讨了控制浮置板各阶模态振动的动力吸振器在不同质量比下的吸振特性;最后基于车辆-轨道耦合动力学模型,研究了列车动荷载作用下动力吸振器对浮置板轨道低频振动的控制特性。结果表明:动力吸振器能够有效地吸收浮置板轨道的固有频率附近的低频振动能量;动力吸振器的质量比越大,其吸振效果越明显;合理的吸振器设置能够有效地控制列车动荷载下浮置板低频振动及对应频段钢弹簧支反力向下部基础的传递。     

舰船动力轴系冲击响应性能分析

摘 要：介绍了舰船轴系冲击激励的类型、基于有限元法建立的轴系冲击动力学模型以及基于有限元法在MATLAB平台上开发的舰船轴系动力学及冲击性能仿真平台(SHAFTFE)的基本功能,用SHAFTFE建立了一个包括推进轴系、推进电机和推进电机隔振器在内的整个动力轴系模型,计算了在不同冲击强度和动力轴系参数条件下整个动力轴系的冲击性能,分析了动力轴系的结构设计参数对动力轴系冲击性能的影响。结果表明,动力轴系在冲击作用下会出现较大的位移,因此在舰船动力轴系的设计中必须对轴系的冲击特性引起足够的重视,以增强整船的可靠性和生存能力。     

基于Kohonen网络的轴系故障诊断研究

本文试从Kohonen神经网络在船舶铀系故障诊断中应用研究出发，提出了船舶轴系模拟试验台的结构和监测原理，通过数据采集系统和开发的软件系统，获得轴系振动倍号并求得其快速傅里叶变换(FFT)频谱，从频谱图中提取信号能量分布的特征矢量，用Kohonen神经网络对特征矢量进行识别，最终得到正确的故障诊断结果。介绍了Kohonen神经网络的学习和工作算法，并研究了在轴系故障诊断中的具体实施方法。实例验证表明，Kohonen网络是一种很有价值的轴系故障诊断手段。     

动力吸振器对薄板声辐射效率的调控特性

薄(壁)板结构是飞机、高铁、船舶等工程中最常见的结构。薄板结构受到外部动力源的激励不可避免地引起振动噪声超标的问题。动力吸振器相比于表面加筋和敷设阻尼材料等减振降噪方法,具有参数可设计、频率针对性强等优势。然而,目前关于动力吸振器对薄板结构声辐射的调控特性分析并不充分,很多研究人员以及工程师笼统地认为,利用动力吸振器来减小薄板结构振动就可完全达到最好的抑制声辐射效果。实际上,动力吸振器对于薄板结构的声辐射效率的调控会直接影响其抑制声辐射的效果。本文研究了动力吸振器对薄板结构声辐射效率的调控特性,从理论上推导了含有动力吸振器的薄板结构声辐射效率计算方法,并利用数值计算方法分析了动力吸振器的声辐射效率调控特性。动力吸振器的安装,能对薄板结构在吸振器工作频率附近的模态振型和模态频率产生明显的调控作用,从而对声辐射效率产生调控作用。通过调谐动力吸振器的质量和频率,能够降低薄板结构目标模态的频率,或者改变对应的模态振型,实现对声辐射效率的抑制效果。     

《船舶传动系统结构振动控制技术研究》

柴油机推进系统是船舶广泛采用的动力系统,现有的传动系统振动分析侧重于轴系扭转振动,主要针对轴系的安全性,没有考虑结构振动的影响,也没有考虑振动能量沿轴系的传递和衰减,缺乏专业的计算分析方法。论文以典型的柴油机推进系统为研究对象,采用高弹性连轴器、橡胶隔振器等元件进行传动系统结构振动控制技术研究,建立了柔性传动系统结构振动的虚拟仿真计算方法。     

基于INM模型的天津机场飞机噪声污染预测与防治研究

随着我国航空运输业的不断发展,飞机噪声污染问题已经成为限制民航发展的主要问题之一。调查统计了天津机场2018 年实际航空业务量和规划航空业务量,利用INM模型计算飞机噪声并绘制等值线图,根据计算结果分析飞机噪声对周边环境的污染情况。计算结果表明,受航空业务量增加和第三跑道建设的影响,天津机场周边受飞机噪声影响的面积和人数显著增加。结合国际民航组织（ICAO）针对飞机噪声控制提出的“平衡做法”,研究天津机场可以采用的噪声污染防治措施,主要包括减少噪声源、土地使用的合理规划和管理、采用减噪飞行程序。     

动力吸振器在方向盘NVH性能优化中的应用

针对某车型方向盘振动过大问题,以试验模态测试与频谱分析相结合的方法进行问题识别,发现传动轴共振是引起方向盘振动过大原因。对比增加动力吸振器前后传动轴模态频率及方向盘振动幅值的变化,试验结果表明方向盘的振动问题得以有效解决。