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周期结构浮笩设计及隔振性能研究

况成玉  
【摘要】:浮筏作为连接动力设备和船体结构的重要通道,其动力学特性对船体振动与辐射噪声有至关重要的影响。振源设备、浮筏与船体结构构成一个弹性耦合系统,设计不良的浮筏对振源激励的隔离可能失效,甚至使船体结构的振动与声辐射加强,这对于船舶噪声控制,特别是潜艇声隐身和安全性将会产生不利影响。因此,研究设计高效隔振浮筏具有重要的现实意义。 本文结合“973”重大安全基础研究项目,在总结前人研究成果的基础上,借鉴周期结构的相关理论,采用数值仿真分析和实验研究相结合的方法,开展了新型周期浮筏的设计、分析和实验研究。论文的主要内容包括: 第一章介绍了研究背景和意义、周期结构以及浮筏研究的国内外现状,并给出论文的研究内容。 第二章对周期结构的振动特性和计算方法进行了详细的介绍和讨论。首先介绍了周期结构的两种计算方法,即波导有限元法和子结构迭代综合法,在此基础上研究了几种简单周期结构的传播波特性、受迫振动以及带隙特性,并与解析解和有限元分析结果进行比较,验证了方法的有效性。这部分研究内容是为周期结构浮筏的设计计算寻找合适的方法。 第三章对周期结构的带隙特性进行了分析与验证,并提出新型浮筏的设计。首先根据周期结构浮筏的可能实现型式,提出了曲梁和桁架两种结构实现方案,运用有限元法计算其动力学特性,并通过实验初步验证了曲梁和桁架结构所具有的带隙特性。在此基础上,设计了曲梁浮筏和桁架浮筏,借助商用有限元软件研究了两种浮笩的振动传递特性,并初步研究了桁架浮筏性能优化问题。仿真结果表明:曲梁和桁架浮筏具有良好的带隙特性,可以用于实际的浮筏结构,而且桁架浮筏可以通过调节节点质量来优化结构的隔振性能。 第四章运用频响函数综合法研究了桁架浮筏系统的振动传递特性。本章首先运用该方法分析了传统浮筏隔振系统的动力学特性,并将其与有限元法进行比较,验证了方法的有效性,然后利用频响函数综合法研究了桁架浮筏系统的振动传递特性,并与传统浮筏系统的仿真结果进行比较,结果表明周期结构桁架具有良好的高频减振特性,桁架浮筏系统的隔振效果要好于传统浮筏。 第五章运用实验方法研究了浮筏隔振系统的隔振性能,首先建立了桁架浮筏隔振系统的实验模型,通过实验测试验证了周期桁架浮筏良好的高频减振特性,并与传统浮筏的隔振测试结果进行对比,结果表明桁架浮筏系统具有更加良好的宽频减振性能。 第六章对论文工作进行了总结,并指出了需要进一步深入研究的问题。


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