舰船复合材料结构基座振动特性研究

论文摘要

提高海军舰艇尤其是潜艇的声隐身性能,对增强自身作战威力与生存能力具有重要意义。在与舰艇声隐身相关的三大噪声源(机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声)的控制技术中,对动力装置振动产生的机械噪声的控制占着重要的地位。基座是用来固定动力装置于船体并将其重量及运转时的力传递给船体的基础。采用隔振措施减小动力装置和机械设备所产生的振动的传播,是行之有效的方法。因此,基座结构的材料设计和隔振效果研究成了工程界的热点问题。本文根据一阶剪切理论和复合材料层合板理论,推导了各向同性四节点板单元和四节点四边形复合材料层合板单元的有限元列式;推导了两节点弹簧单元有限元列式,编制出相应有限元程序,并应用程序计算被隔设备—隔振器—柔性基础构成的典型隔振系统的固有频率和振型;根据结构振动模态的正交性原理,取前P阶模态进行正则化处理,结合结构传递函数的定义,得到结构的原点导纳和跨点导纳,利用导纳表示输入输出设备和结构的能量流。在基座基座结构的材料设计方面主要讨论了阻尼系数对能量流的影响;在振动隔离部分主要讨论了弹簧刚度对能量流的影响,输入输出隔振器的能量流和传递到基座结构上任意一点的能量流。文章最后以8000吨下水驳船压载泵基座结构为例进行有限元建模,采用单层隔振形式,分别计算采用普通钢材和层合板复合材料时的固有频率及与其对应的固有振型。比较两种模型由动力装置传递到隔振器上下部、基础和内底板上任意一点的能量流的大小,从而对隔振效果作出合理分析与评价。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪言
• 1.1 立题背景和依据
• 1.2 舰船基座隔振的必要性
• 1.3 隔振理论的发展
• 1.3.1 经典隔振理论概况
• 1.3.2 复合材料结构的减振机理
• 1.4 能量流理论国内外研究概况及发展趋势
• 1.5 学位论文调研报告
• 1.5.1 计算基座振动的主要方法
• 1.5.2 计算基座振动特性的目的
• 1.6 本文的主要工作
• 2 舰船动力装置振动的基本特征
• 2.1 船舶动力装置的组成、基本类型及特点
• 2.2 舰船动力装置振动的主要特点
• 2.2.1 舰船动力装置振动形式
• 2.2.2 舰船柴油机动力装置振动的激励力矩
• 2.3 舰船基座上的载荷分类
• 2.4 柴油机装置隔振系统
• 2.5 基座结构简述
• 2.6 船舶过度振动的不良后果
• 3 振动控制和隔振技术基本理论
• 3.1 振动控制概述
• 3.2 隔振的基本原理
• 3.2.1 隔振的分类
• 3.2.2 隔振效果评估指标
• 3.3 用导纳表示的能量流
• 3.3.1 单自由度系统受简谐激励力的强迫振动
• 3.3.2 稳态响应的特征
• 3.3.3 结构导纳矩阵的形成
• 4 结构振动的有限元能量流分析方法
• 4.1 弹性力学基本知识
• 4.1.1 平衡方程
• 4.1.2 几何方程
• 4.1.3 物理方程
• 4.1.4 初始条件
• 4.2 有限元模型
• 4.2.1 结构物的离散化
• 4.2.2 单元分析
• 4.3 船舶典型动力设备隔振系统的动力学分析
• 4.3.1 隔振模型的建立
• 4.3.2 弹簧质量系统能量流计算
• 5 复合材料结构分析基本理论与有限元程序设计
• 5.1 复合材料与复合材料层合板结构特性
• 5.1.1 复合材料定义及其种类
• 5.1.2 复合材料的优点
• 5.1.3 层合纤维增强复合材料
• 5.2 层合板在外力作用下产生的变形
• 5.3 经典层合板理论
• 5.4 非经典层合板理论
• 5.4.1 以Mindlin假设为基础的单向板的本构关系
• 5.4.2 以Mindlin假设为基础的层合板的本构关系
• 5.5 复合材料层合板结构振动有限元分析
• 5.5.1 复合材料层合板结构振动有限元列式
• 5.5.2 多自由度系统振动分析
• 5.6 复合材料结构有限元程序设计
• 5.6.1 有限元程序流程简图
• 5.6.2 典型隔振系统有限元程序流程
• 5.7 复合材料层合板在激励力作用下的能量流传递
• 5.7.1 复合材料层合板结构模态分析
• 5.7.2 复合材料层合板在激励力作用下传递的能量流
• 6 舰船复合材料结构基座振动特性研究
• 6.1 8000吨下水驳船压载泵基座结构介绍
• 6.2 压载泵基座模态分析
• 6.3 压载泵机组模态分析
• 6.4 压载泵机组导纳能量流的计算
• 6.4.1 隔振器上部和隔振器下部传递的能量流
• 6.4.2 结构中任意一点的能量流
• 7 全文总结与展望
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 论文中的一些问题
• 7.3 论文工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢