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面向舰船设备基座隔振的梁板组合结构振动特性研究

李嘉兴  
【摘要】:舰船运行过程中齿轮箱内轮齿之间的撞击产生很大的振动和噪声,齿轮箱所产生的振动通过齿轮箱基座和舰船壳体向外传播,引起船体向水下辐射噪声,通过齿轮箱基座所传播的振动能量对舰船声隐身性能产生重要影响,提高舰船齿轮箱基座的隔振性能是舰船声隐身设计的重要任务。舰船齿轮箱基座是由梁和平板组合而成的复杂结构,齿轮箱基座固连在动力舱内底上,基座腹板与船舱内底以及船壳轴板和肋板之间的相互连接形成典型的十字型、T型和L型平板连接结构,为有效隔离齿轮箱的振动传递到船体上,在基座腹板上铺设方钢和敷设约束阻尼结构。论文以梁板组合模型研究方钢对典型平板连接结构中振动能量传播的影响,可为舰船齿轮箱基座方钢隔振设计提供理论依据。齿轮箱基座隔振方钢根据基座结构形成十字型、T型和L型方钢连接结构,分析振动能量在方钢连接结构中的传播特性,为方钢隔振设计提供指导。然而隔振方钢无法将齿轮箱基座中的振动能量消耗掉,为进一步提高基座的隔振性能,在基座腹板上敷设阻尼结构,可以有效消耗通过基座的振动能量,同时降低基座本身的振动,减小通过齿轮箱基座向外传播的振动能量,提高舰船声隐身性能。齿轮箱基座振动过程中,组成基座的平板既有弯曲振动又有面内振动以及两者的耦合振动,因此铺设在基座腹板上的隔振方钢同样具有这样的复杂运动形式,腹板的面内振动引起隔振方钢的轴向振动,因此分析梁轴向振动以及横截面剪切变形和转动惯量对梁连接结构振动能量传播的影响,以及梁横截面剪切变形和转动惯量的影响随梁横截面高度以及激励频率的变化规律,为方钢隔振设计提供理论依据。根据齿轮箱基座振动特点,研究面内振动对梁板组合结构中振动能量传播的影响,以及面内振动对振动能量的影响随着梁与板横截面几何尺寸变化规律,同时研究梁和板横截面剪切变形与转动惯量对梁板组合结构中振动能量传播的影响,分析了梁铺设位置、横截面尺寸等参数对典型梁板组合结构中振动能量传播的阻隔效果,为舰船齿轮箱方钢隔振设计提供理论依据。研究阻尼在组成舰船壳体和齿轮箱基座梁板结构中的减振效果,可以有效指导齿轮箱基座阻尼隔振方案设计,首先分析阻尼梁减振特性,研究约束阻尼铺设位置、以及约束阻尼结构材料参数和几何尺寸等参数对其减振效果的影响,通过与约束阻尼悬臂梁测试结果对比,验证阻尼梁理论分析结果及其在实际结构中的应用效果。阻尼板是阻尼梁在结构上的扩展,分析局部阻尼片铺设位置、倾斜角、几何尺寸以及阻尼材料参数对阻尼板减振效果的影响,用来指导舰船齿轮箱基座阻尼隔振方案设计,通过对阻尼悬臂板理论结果与实验测试结果验证理论分析结果及其在实际工程结构中的应用效果。根据理论分析结果提出舰船齿轮箱基座方钢和阻尼隔振方案,并将该方案在齿轮箱基座上进行实验验证,测试结果表明,齿轮箱基座腹板中部铺设隔振方钢后,实验台加速度测点幅值比原结构降低4d B以上,基座腹板敷设阻尼后,加速度测点幅值比原结构下降9d B以上。将经过实验检验的方钢和阻尼隔振方案应用于某型舰船齿轮箱基座,结果表明,齿轮箱基座腹板中部铺设方钢后,加速度测点幅值比原结构低5d B以上,腹板敷设约束阻尼后加速度测点幅值比原结构低13dB以上。


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