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原文传递舰艇轴系干摩擦减振机理及特性研究

论文题名：	舰艇轴系干摩擦减振机理及特性研究
关键词：	舰艇轴系干摩擦;减振机理;数值算法;动力学响应
摘要：	动力设备轴系减振降噪是舰艇低噪声技术的关键内容之一。传统被动隔振系统以降低振动和力的传递为主要目的,通常无法兼顾设备与被隔振基础的振动状态,轴系与支承、隔振元件以及基础部件的复杂耦合振动改变了转子-轴承系统的振动状态,某些工况下会导致设备振动过大,降低了舰艇整体降噪水平。为寻求能够兼顾隔振性能和设备轴系振动的减振方法,本文对干摩擦阻尼减振及其在轴系减振中的应用等问题开展研究,从干摩擦振动系统数值算法和粘滑运动解析解等基本问题出发,分析干摩擦系统的减振和隔振机理,研究轴系和浮筏系统中的干摩擦减振特性,为舰艇减振降噪提供新的方法和手段。　　针对常规数值算法在干摩擦振动问题中存在的不足,将干摩擦系统的互补性质与Newmark递推格式相结合,提出了求解干摩擦系统动力学响应的Newmark-LCP非光滑数值算法,给出了其原理和计算步骤。应用该算法对粘滑运动系统和摩擦阻尼抗震特性进行了仿真研究,结果表明Newmark-LCP算法能够避免常规数值算法存在的问题,计算精度和效率优于常规算法,对摩擦单元规模不同的振动系统均能较好地适用。　　基于干摩擦对称粘滑运动响应和摩擦力的基本性质,利用谐波平衡法,给出了对称粘滑响应的一种具有全局意义的级数形式解析解。结合粘着参数条件,导出了对称粘滑运动的参数控制方程,给出了参数平面内的粘滑边界方程。双粘着粘滑响应的分析结果证明了该级数形式解的正确性和准确性。所给出的级数形式解和粘滑边界函数为干摩擦响应分析、粘滑运动预测和减振系统设计提供了基本方法和依据。　　对单层和双层干摩擦减振系统进行了研究,分析了干摩擦阻尼器的减振和隔振机理,并给出了系统质量比、刚度比等结构参数对减振和隔振特性的影响规律。基于干摩擦粘滑特性,提出了干摩擦阻尼器的“开关”减振方法,并利用数值算例进行了验证,结果表明利用“开关”减振可以在保证高频隔振性能的同时,有效地控制低频隔振共振响应。　　基于有限元方法建立了转子-轴承-隔振系统的力学模型,对滑动轴承油膜的振动传递特性进行分析,给出了轴承载荷、轴系参数以及隔振系统对油膜振动传递特性的影响规律。采用本文提出的Newmark-LCP算法求解了转子-轴承-隔振器-基础系统以及浮筏隔振系统的动力学响应,分析了干摩擦阻尼器的减振和隔振特性,结果表明干摩擦减振方法可以兼顾舰艇轴系的隔振和减振要求。研究了干摩擦阻尼器对转子轴承系统不平衡共振响应的控制和冲击保护作用,证明了“开关”减振方法在舰艇轴系减振中的有效性。　　设计了干摩擦阻尼器,建立了单层、双层以及转子-轴承系统干摩擦减振实验台并开展了实验研究。实验结果证明,干摩擦阻尼器可以在保证隔振性能的同时,大幅降低转子和轴承座振动,优于普通橡胶隔振器。转子不平衡升速实验证明了干摩擦阻尼器“开关”减振方法可以有效地用于实际轴系减振。
作者：	钱大帅
专业：	动力机械及工程
导师：	刘占生
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文