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原文传递舰艇轴系纵振特性及基于磁流变弹性体的半主动控制技术研究

论文题名：	舰艇轴系纵振特性及基于磁流变弹性体的半主动控制技术研究
关键词：	舰艇轴系;纵振特性;磁流变弹性体;半主动控制;有限元分析
摘要：	螺旋桨是水面船舶和舰艇的主要推进装置。舰艇在水中运动，不可避免地在艉部形成不均匀的伴流场；螺旋桨在不均匀伴流场中工作会产生脉动推力，经推进轴系、推力轴承及其基座传递到壳体，引起壳体产生振动，进而形成水下声辐射。由螺旋桨脉动推力引起的艇体振动进而辐射噪声是舰艇辐射噪声的重要来源，应当引起高度重视。因此，研究螺旋桨激励力在推进轴系中的传递规律及轴系振动的内在成因机理对轴系采取有效的振动控制措施显得尤为重要，是艉部激励引起舰艇低频振动噪声控制的关键所在。本文深入研究了推进轴系纵、横向振动及纵横耦合振动的动力学特性及参数影响规律；提出了轴系纵向振动控制的半主动控制措施；利用磁流变弹性体设计了一款磁流变弹性体半主动式动力吸振器对推进轴系纵向振动进行振动控制，并进行了试验研究以验证其移频特性和吸振效果。具体内容包括：　　（1）简述潜艇推进轴系的结构特点，对结构进行了简化，运用解析法推导出推进轴系纵向和横向振动的固有频率及振型，对推进轴系纵向和横向线性振动特性进行了分析。采用弹性力学的方法，推导出推进轴系纵横耦合振动的动力学方程；针对工程实际结构，运用有限单元法，建立了结构的有限元分析模型；计算了推进轴系纵横耦合振动的位移响应，并对在不同激励力水平、不同激励频率和极端载荷工况不同阻尼作用下的响应结果进行了研究，为推进轴系的减振降噪奠定了理论基础。　　（2）提出一种并联安装在推进轴系上的磁流变弹性体动力吸振器的设计理论方法，考虑了推进轴系作为弹性连续体的情况下，采用模态截取和模态综合法建立其推进轴系‐动力吸振器混合动力学系统模型，对动力吸振器设计参数的影响规律进行了分析。在此基础上，介绍了制备磁流变弹性体的基本材料特性，基于偶极子模型对磁流变弹性体磁致剪切模量的微观机理进行了研究，得到了影响磁流变弹性体磁致剪切模量的各主要因素；同时，对磁流变弹性体的宏观粘弹性力学模型进行了研究，分析了外加磁场对其力学性能的影响。　　（3）简述磁流变弹性体材料的制备过程，采用天然橡胶为基体制备了磁流变弹性体，测试了样品的相关性能参数，并对试验测试数据进行了拟合；利用磁流变弹性体剪切模量可调的性质，设计了一款磁流变弹性体半主动式动力吸振器用于推进轴系的纵向振动控制，对该动力吸振器的结构尺寸进行了设计和电磁场分析，并对单个磁流变弹性体动力吸振器的移频特性和组合式磁流变弹性体动力吸振器的吸振效果进行了理论仿真分析。　　（4）通过磁流变弹性体动力吸振器的试验研究，对单个磁流变弹性体动力吸振器的移频特性和安装在推进轴系上的组合式磁流变弹性体动力吸振器的吸振效果进行了试验验证，并对单个磁流变弹性体动力吸振器的固有频率随控制电流和温度的影响变化规律进行了研究，为磁流变弹性体动力吸振器在舰艇上的实际应用奠定基础。　　基于机理与规律分析，建议了减小推进轴系纵横耦合振动的系统参数控制措施；基于磁流变弹性体技术提出了安装磁流变弹性体动力吸振器对推进轴系纵向振动进行半主动控制，设计的磁流变弹性体动力吸振器经试验验证，具有较宽的移频范围和较好的吸振效果。有关结论对工程实际应用具有一定的借鉴意义。
作者：	杨志荣
专业：	机械设计及理论
导师：	饶柱石
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文