船用齿轮箱阻尼减振设计及其优化

论文摘要

随着近代工业技术的高度发展,船用齿轮箱正朝着高速高效和强力方向发展,使得振动和噪声问题更加尖锐突出。尤其作为现代舰船上重要装置的齿轮箱,其振动噪声严重影响舰船的隐蔽性、传动系统的稳定性以及船员工作环境的舒适性。因此,对船用齿轮箱展开减振降噪研究具有重要的实际应用价值。结构振动控制的方法有多种,阻尼减振是抑制结构共振的一种有效措施。本文基于有限元法对粘弹性阻尼夹层板从材料性能、损耗因子和最佳厚度进行研究分析,建立阻尼减振设计及优化的理论,为后续船用齿轮箱的阻尼减振设计及其优化提供理论依据。由于粘弹性阻尼材料的性能指标受到频率的影响,对阻尼结构的准确建模一直是动力学分析中的一个难题。本文以粘弹性阻尼夹层板为研究对象,基于有限元法对粘弹性阻尼夹层板进行动力学分析,得到相应的谐振频率和结构损耗因子,并将其与理论计算值进行对比分析,进而验证本文所采用的结构损耗因子计算方法的正确性。阻尼夹层板动力学分析将为后续的分析研究提供数据支持。基于广义回归神经网络理论,通过非线性拟合,建立结构损耗因子与阻尼结构参数的参量拟合公式,基于该参量拟合公式提出优化设计方法,对其进行多目标优化,确定阻尼层和约束层的最佳厚度。然后再建立不同结构参数下的阻尼层和约束层厚度数据的参量拟合公式,并基于参量拟合公式推导阻尼层和约束层的最佳厚度理论计算公式,最后建立阻尼层和约束层的最佳厚度理论计算公式,为阻尼减振的实际工程应用提供理论依据。基于有限元法建立传动齿轮箱箱体的有限元模型,对其进行振动固有特性分析。在箱体的模态分析结果基础上,根据振型与阻尼结构最佳厚度计算公式分别确定附加阻尼处理位置及其最佳厚度。然后,分别对箱体的附加阻尼结构进行了尺寸优化和拓扑优化,根据优化结构确定了附加阻尼处理的厚度及粘贴位置。最后,分别对阻尼处理前后的传动齿轮箱进行动力学分析,根据动力学分析结果对齿轮箱阻尼处理前后的振动情况进行对比,详细分析箱体阻尼减振效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外相关内容发展现状
• 1.2.2 国内相关内容发展现状
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第2章 粘弹性夹层板动力学分析
• 2.1 粘弹性材料基本特性
• 2.1.1 粘弹性材料性能指标
• 2.1.2 影响粘弹性材料的主要因素
• 2.2 表面阻尼处理结构设计理论
• 2.2.1 表面阻尼处理的理论方法
• 2.2.2 表面阻尼处理类型
• 2.3 约束阻尼处理损耗因子
• 2.3.1 板的弯曲振动
• 2.3.2 损耗因子计算可视化
• 2.4 粘弹性夹层板动力学分析
• 2.4.1 ABAQUS中的阻尼
• 2.4.2 建立模型及计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 粘弹性夹层板优化设计
• 3.1 基于神经网络的优化设计
• 3.1.1 神经网络拟合
• 3.1.2 神经网络优化
• 3.2 公式推导
• 3.3 本章小结
• 第4章 齿轮箱箱体附加阻尼结构优化
• 4.1 齿轮箱箱体有限元模型的建立
• 4.1.1 齿轮箱箱体实体模型的建立
• 4.1.2 模型简化
• 4.1.3 几何清理
• 4.1.4 网格划分
• 4.2 无阻尼齿轮箱箱体模态分析
• 4.2.1 边界条件处理
• 4.2.2 模态分析计算
• 4.2.3 结果分析
• 4.2.4 附加阻尼处理
• 4.3 尺寸优化
• 4.3.1 尺寸优化理论
• 4.3.2 尺寸优化的OptiStruct实现
• 4.3.3 约束阻尼处理尺寸优化
• 4.4 拓扑优化
• 4.4.1 拓扑优化理论
• 4.4.2 拓扑优化的OptiStruct实现
• 4.4.3 约束阻尼处理拓扑优化
• 4.5 本章小结
• 第5章 齿轮箱结构动力学分析
• 5.1 约束阻尼齿轮箱箱体模态分析
• 5.1.1 模态分析理论
• 5.1.2 模态分析计算
• 5.1.3 结果分析
• 5.2 齿轮箱箱体动力学响应分析
• 5.2.1 动力学理论
• 5.2.2 载荷处理
• 5.2.3 稳态动力学分析
• 5.2.4 瞬态动力学分析
• 5.3 齿轮箱动力学响应分析
• 5.3.1 齿轮箱有限元模型的建立
• 5.3.2 齿轮箱模态分析
• 5.3.3 齿轮箱动力学分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢