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原文传递船舶双层底结构振动传递路径分析及控制方法研究

论文题名：	船舶双层底结构振动传递路径分析及控制方法研究
关键词：	船舶双层底结构;机械振动;传递路径;吸振器;阻振质量带
摘要：	船舶双层底结构作为现代水面船舶的典型结构形式之一，很多动力机械设备如主机、柴发机组、辅发机组等均安装在双层底结构上，动力机械设备所产生的振动通过内底及层间的实肋板、底桁结构传递至外底板，进而向水下辐射噪声。因此，双层底是振动传递的主要结构，对其进行振动传递路径分析并采取控制措施是有必要的。文中通过截取实际舰船的机舱双层底结构，将其按照1/2比例缩比，设计振动传递路径控制模型并搭建试验台架，以YDG80-315（I）型单级立式离心泵及激振器作为主要激励源，通过试验研究振动传递路径控制模型在单、双激励下的振动情况，并采用有限元功率流法对振动传递路径控制模型在离心泵单独激励下的主要激励频率处和两者共同激励下主要关注频率点处的传递路径进行分析，并通过相干分析方法对双激励下选定频率处的主要传递路径进行验证。对试验台架开展吸振、阻振、阻振联合吸振，以及离心泵弹性安装下阻振和吸振联合控制试验的效果分析。主要内容如下：　　（1）对振动传递路径控制模型及立式离心泵的基座进行设计，针对双层底板架截断边界处振动波反射问题和如何模拟海水进行支撑的问题设计了解决方案，同时对离心泵基座结构的强度和刚度进行校核。基于设计的振动传递路径控制模型几何结构，建立其有限元模型，考虑实际建造过程中实肋板结构开孔的情况，对实肋板开孔前后的模型分别进行模态分析，发现实肋板开孔前后整个控制模型的固有频率变化较小，在模态分析的前10阶振型中，前6阶为整体振动，后4阶为局部振动。　　（2）基于设计的振动传递控制模型进行搭建试验台架，设计了单激励和双激励的试验方案。试验结果表明：在离心泵额定工况下单独激励时，离心泵基座面板处4个测点的主要峰值频率为24、300Hz，并且离心泵进口侧处的测点振动比出口侧的测点振动大，同时外底板65个测点的平均振动加速度总级为89.79dB。在双激励下，分别对激振器定频60Hz和20~400Hz扫频激励下试验台架外底板的振动进行测试分析。结果表明：在定频激励下，外底板在激励频率60Hz处及离心泵2倍叶频290Hz处产生了较大的振动变化。　　（3）根据APDL命令流及MATLAB程序生成壳单元结构声强矢量场数据，并用简支矩形铝板作为算例进行方法的验证，基于有限元功率流法对单激励下24、300Hz及双激励下24、60Hz进行传递路径分析，根据控制模型中的各个底桁、实肋板在各频率下沿X、Y、Z轴方向上的结构声强分量和贡献量的大小，确定重要的传递路径。通过绘制结构声强矢量图来直观的识别出所关注频率下的主要传递路径。　　（4）基于离心泵机脚振动主要峰值频率的分析及对振动传递路径控制模型谐响应计算结果的分析，对24Hz峰值频率处进行了吸振方案设计。测试结果表明：外底板在24Hz处的平均振动加速度级降低了5.51dB。研究了吸振器在不同重量和阻尼比时对离心泵基座的吸振效果。结果表明：吸振效果随着吸振重量的增加而提升，而阻尼比的增加会使24Hz处的峰值有所升高，但在峰值频率两侧的振动位移级会稍有降低，说明阻尼会增加吸振带宽。　　（5）针对振动传递路径控制模型在单激励下24Hz处的主要传递路径，在主要传递路径上焊接所设计阻振质量带进行阻振控制效果测试。结果表明：外底板在24Hz处的平均振动加速度级降低了9.03dB，在20~400Hz频段内的平均振动加速度级总级降低了3.25dB，说明阻振质量带能够起到振动阻抑效果。　　（6）开展阻振吸振联合控制试验和离心泵弹性安装下阻振吸振联合控制试验。结果表明：外底板的平均振动加速度总级各降低了2.21dB和13.85dB，其中离心泵弹性安装下阻振吸振联合控制方案减振效果明显。
作者：	李浩然
专业：	轮机工程
导师：	向阳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021