浮筏隔振系统隔振性能靶向调控技术研究

作     者：黎上达 

作者单位：中国舰船研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：刘彦

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：几何参数 参数化技术 带隙理论 隔振效果 遗传算法 

摘      要：浮筏隔振系统是目前对舰船机械设备振动问题进行集中治理的重要技术手段,在提高舰船声隐身性能方面具有不可替代的作用。近年来以提高浮筏隔振系统总隔振量为目标的新机理、新技术备受重视,如桁架式浮筏隔振技术、主动控制技术等被广泛研究。然而受到舰船有限空间、能源等的制约,这些新技术在工程实际中应用困难。考虑到舰船机械设备的振动能量往往集中在某个或某几个频段内,因此将控制重点集中到提高浮筏隔振系统在这些频段内的隔振效果,而不是全频段内的将更具实际意义。为此,本文重点以浮筏隔振系统的两个主要组成部分:筏架和隔振器为研究对象,在不损失或少量损失总隔振量的前提下,提高浮筏隔振系统在某些指定频段内的隔振效果,实现浮筏隔振系统隔振性能的靶向调控,为提高浮筏隔振系统的隔振性能提供一种新的技术途径。在筏架方面,第二章首先运用参数化建模技术建立了筏架的参数化几何模型和浮筏隔振系统的参数化有限元模型,在筏架总质量不变的前提下,分析不同筏架几何参数组合对浮筏隔振系统隔振性能的影响。结果表明:筏架的几何参数对浮筏隔振系统隔振效果的影响主要体现在中高频段;筏架高度、长宽比、肋板数目是影响浮筏隔振系统隔振性能和筏架固有频率分布最重要的几何参数;选择合适的筏架几何参数可以改善浮筏隔振系统在特定频段内的隔振效果,可作为实现浮筏隔振系统隔振性能靶向调控的技术途径之一。最后通过一组模型试验,验证了相关结论的正确性。在隔振器方面,第三章首次提出了一种几何参数按准周期序列排列的声子晶体模型:一维层厚TM(Thue-Morse)准周期声子晶体。采用超元胞传递矩阵法数值分析其带隙特性,以及填充率、厚度比例对其带隙的影响规律。结果表明:与周期结构声子晶体相比,一维层厚TM准周期声子晶体的首阶带隙显著降低(约50%),提高了声子晶体隔振器的实用价值;与材料参数按准周期序列排列的声子晶体相比,一维层厚TM准周期声子晶体带隙特性的影响因素更加丰富,带隙调整范围更广、更灵活;通过调整一维层厚TM准周期声子晶体隔振器的材料参数、填充率以及厚度比例等参数,利用其低频带隙对弹性波的衰减作用,可针对性地提高浮筏隔振系统在某些特定频段内的隔振效果。最后通过一组模型试验,验证了相关结论的正确性。最后,在前两部分研究工作的基础上,第四章引入遗传算法等,以指定频段内的隔振量最大化为目标,通过优化筏架的几何参数以及加入一维层厚TM准周期声子晶体隔振器,可在不损失或少量损失浮筏隔振系统总隔振量的前提下,提高浮筏隔振系统在指定频段内的隔振效果。最后,通过仿真试验验证了浮筏隔振系统隔振性能靶向调控的可行性。