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原文传递基于功率流的艇体艉部振动传递特性研究

论文题名：	基于功率流的艇体艉部振动传递特性研究
关键词：	潜艇机械噪声;艇体艉部;振动传递特性;导纳功率流;有限元优化;振动控制;阻抗变换器
摘要：	潜艇是一个复杂的噪声源分布体，在低速隐蔽航行工况，机械噪声是潜艇最主要的噪声源，控制和减小潜艇机械噪声是实现潜艇安静化的首要环节。在总结分析了当前国内外对潜艇艉部振动研究现状的基础上，对艉壳-推进轴系进行综合分析，从艉壳-推进轴系的振动传递途径入手，分析其振动噪声主导传递通道，并以此为切入点，控制结构振动噪声向壳体的传播。　　围绕这一问题，在十一五预研项目“推进轴系与艇体耦合振动建模及传递路径分析”的大力支持下，论文对艇体艉部的及控制进行了较为全面的研究。论文主要完成了以下几个方面的工作：　　 1.论文总结了有关艉部研究的大量文献，对它的研究背景、研究意义、国内外的研究现状、已有的研究成果和存在的问题、功率流研究方法作了较为全面的论述，在此基础上对艉部结构的振动传递特性及控制进行了更深入的研究。　　 2.艇体艉部结构振动与声辐射的数值分析。采用FEA/BEA结合的方法，建立了包括推进轴系和艉壳的艉部完整有限元模型，求解整个耦合系统的振动响应，由边界元软件求得艉部外部流场的声辐射特性，再根据轴系与壳体间的传递功率流研究系统振动噪声的主导传递通道，为下一步在主要路径上进行振动控制提供基础，最后通过实验验证模型及结果的准确性。　　 3.壳体与轴系耦合系统的振动特性研究。艉部结构复杂，采用数值方法进行求解需要耗费大量的计算机资源，难以完成系统的参数化分析，所以采用解析法对壳体与轴系的耦合系统进行分析是非常必要的，与数值方法相比，解析法更能从本质上揭示系统的动力学特性，且便于进行参数化分析及规律探索。艉壳采用圆柱壳建模，推进轴系用自由边界的梁建模，艉壳与推进轴系间的三处支撑采用弹簧-阻尼系统模拟，采用子结构综合法推导了系统的振动功率流解析式，并进一步研究了系统中各参数对系统主导传递路径的影响。　　 4.基于功率流的壳体与推进轴系耦合系统的优化。完成了对壳体与推进轴系耦合系统功率流灵敏度的推导，采用基于灵敏度分析的遗传优化算法进行参数优化。以传递功率流作为系统的优化目标，以推力轴承、尾轴前后轴承处三处支撑刚度和尾轴前轴承支撑的位置为优化参数，在一定的频段内，使得传入壳体的功率流之和最小。　　 5.推力轴承基座的振动特性研究。推力轴承处为艉部振动主要传递通道，为了控制艉壳与轴系间振动传递，对板架组合结构的推力轴承基座进行研究，主要研究了其中各单元如单板、L型板及T型板的振动及功率流特性。采用梁函数组合法对薄板振型进行假设，求得各种边界条件下薄板的共振频率及振型，进而求得其响应。对于L型、T型板，为了更好地解决板与板之间的连接问题，提出耦合边离散化的方法，这样耦合边上的线连接转化为点连接，求解组合板的功率流响应。　　 6.基座阻抗变换器减振特性研究与实验分析。为控制艉壳与轴系间振动传递，提出了阻抗变换器结构。采用导纳功率法，对阻抗变换器进行解析分析，求得其各板间的能量传递，并进一步分析板的尺寸、厚度及阻尼系数各参数对阻抗变换器传递功率的影响。阻抗变换器通过调节板的尺寸、厚度及阻尼系数等参数来改变其阻抗，从而改善艉部的振动传递特性。最后通过实验验证阻抗变换器的有效性。
作者：	冯国平
专业：	机械设计及理论
导师：	华宏星
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文