舰艇减振降噪系统中的混沌隔振技术研究

论文摘要

为了提高舰艇的战斗性能和生存能力，必须大大提高其水声隐身性能。常规减振方法只能降低辐射水声中特征线谱成分的幅值，而不能改变其特征，因此不能从根本上解决水声隐身问题。论文结合“十五”国防预研项目“潜艇有源振动控制技术研究”和海军武器装备科研项目“结构噪声线谱混沌控制技术研究”，以海军装备中实际使用的隔振系统为研究对象，将混沌动力学理论应用于非线性振动的理论分析中，解决了将离散的线谱转化为连续宽频谱的理论问题。通过计算和实验，对其效果进行了模拟和检验，从而初步确立了一套新的减振降噪、提高舰艇水声隐身性能的理论、设计、计算和实验方法。通过对实际型号和装备中具有不同刚度特性的隔振元件的静、动态力学性能研究及其在隔振系统中的应用研究，成功实现了隔振系统的混沌隔振，初步达到了降低或消除线谱的目的。论文的主要创新点：(1)独立提出了利用处于混沌振动状态的隔振系统来削弱或消除舰船特征线谱的理论和方法。(2)率先对非线性刚度的线性化问题作了理论研究，分析了静载荷对隔振系统实际性能的影响。(3)对具有非线性阻尼和非线性刚度的双层隔振系统的动力学特性进行了理论和仿真研究。研究发现，该系统具有丰富的动力学特性，包括周期运动、准周期运动和混沌运动。此外，根据激励频率选择合适的非线性阻尼和非线性刚度可以有效地减小系统的振幅。(4)提出了基于小波分析的混沌信号去噪方法。(5)从非线性隔振系统的原理出发提出了混沌隔振系统的隔振性能评估方法，即采用振级落差来评估隔振系统的整体性能，根据特征线谱处的能量衰减来评估隔振系统对特征线谱的隔离能力。(6)设计了混沌隔振实验装置，并进行了实验研究。实验结果表明，非线性隔振系统在混沌状态下具有良好的整体隔振性能，并能有效隔离线谱。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 隔振技术在水声对抗研究中的重要性
• 1.2 隔振技术研究现状
• 1.3 混沌振动研究现状
• 1.4 本文的研究内容及方法
• 第二章 非线性振动及混沌理论
• 2.1 非线性振动的特点
• 2.2 非线性振动问题的研究方法
• 2.3 基本的非线性因素
• 2.4 混沌的特征及产生途径
• 2.5 混沌的研究方法
• 2.6 控制混沌理论
• 第三章 非线性隔振系统的动力学特性
• 3.1 单层非线性隔振系统
• 3.1.1 理论模型
• 3.1.2 Duffing方程的研究
• 3.1.3 非线性刚度的线性化处理
• 3.2 双层非线性隔振系统
• 3.2.1 理论模型
• 3.2.2 稳态响应分析
• 3.2.3 稳定性分析
• 3.2.4 数值研究
• 第四章 实验数据的混沌识别
• 4.1 混沌的实时判别
• 4.2 相空间重构理论
• 4.2.1 嵌入理论
• 4.2.2 延迟重构
• 4.2.3 微分坐标重构
• 4.3 重构吸引子的混沌特征
• 4.3.1 Lyapunov指数
• 4.3.2 分形维
• 4.4 小波去噪研究
• 4.4.1 去噪原理
• 4.4.2 数值仿真
• 第五章 不锈钢钢丝绳隔振系统的研究
• 5.1 软特性刚度Duffing系统的初步分析
• 5.2 Melnikov方法分析Duffing系统
• 5.2.1 Melnikov方法
• 5.2.2 Melnikov方法研究软特性刚度Duffing系统
• 5.3 软特性刚度Duffing系统的数值研究
• 5.4 混沌理论研究不锈钢钢丝绳隔振系统的动力学特性
• 第六章 空气弹簧隔振系统的研究
• 6.1 空气弹簧的分类及特点
• 6.2 空气弹簧动力学性能的实验研究
• 6.2.1 静态特性实验研究
• 6.2.2 动态特性实验研究
• 6.3 硬特性刚度Duffing系统动力学特性的理论研究
• 6.4 实验研究空气弹簧隔振系统的动力学特性
• 6.4.1 空气弹簧隔振系统的隔振性能研究
• 6.4.2 空气弹簧隔振系统的混沌动力学特性研究
• 第七章 钢片弹簧隔振系统的研究
• 7.1 钢片弹簧的动力学特性
• 7.2 钢片弹簧隔振系统的动力学特性的实验研究
• 7.2.1 钢片弹簧隔振系统的混沌动力学特性
• 7.2.2 混沌振动下钢片弹簧隔振系统的隔振性能
• 结论和展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 近年来参加科研和获奖情况