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船舶轴系高静低动扭振隔振装置结构设计及分析

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中国舰船研究 2024年

作者：李林桃张超杨志荣饶柱石肖望强厦门大学航空航天学院集美大学轮机工程学院上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室集美大学福建省船舶与海洋工程重点实验室

[目的]针对船舶轴系低频扭转振动抑制问题，设计并研制一种高静低动特性的扭振隔振装置。[方法]首先，基于正、负扭转刚度并联的方式设计零部件，采用SolidWorks软件建立其三维模型，并通过3D打印制作隔振装置样机；然后，采用谐波平衡... 详细信息

[目的]针对船舶轴系低频扭转振动抑制问题，设计并研制一种高静低动特性的扭振隔振装置。[方法]首先，基于正、负扭转刚度并联的方式设计零部件，采用SolidWorks软件建立其三维模型，并通过3D打印制作隔振装置样机；然后，采用谐波平衡法求解模型的Duffing方程，以研究结构参数和激励幅值对隔振装置扭矩传递率的影响；最后，通过Ansys workbench软件对模型进行有限元仿真，并对样机进行静载扭转试验分析。[结果]试验结果表明，隔振装置在静载扭矩试验下，在-2°～2°转角范围内具有高静低动刚度特性，且能承载大小为150 N·mm的力矩；在合适的结构参数下，隔振装置相比线性隔振装置具有更好的低频隔振效果。[结论]所提扭振隔振装置能通过正负刚度并联实现高静低动特性，可为船舶轴系低频扭转振动控制提供参考。

关键词：船舶轴系扭振隔离扭转实验谐波平衡法高静低动

考虑斜置弹簧阻尼的船舶轴系纵振高静低动隔振器的建模研究

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船舶力学 2022年第8期26卷 1218-1226页

作者：杨志荣李林桃赵含饶柱石集美大学轮机工程学院福建厦门361021 厦门市海洋腐蚀与智能防护材料重点实验室福建厦门361021 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

本文首先分析带连杆-弹簧并联结构的高静低动隔振器的静力学模型,得出高静低动隔振器的一阶刚度和三阶刚度表达式;其次,考虑斜置弹簧阻尼情况,利用有限元法建立起推进轴系-高静低动隔振器纵振隔振系统的动力学模型,运用谐波平衡法求解... 详细信息

本文首先分析带连杆-弹簧并联结构的高静低动隔振器的静力学模型,得出高静低动隔振器的一阶刚度和三阶刚度表达式;其次,考虑斜置弹簧阻尼情况,利用有限元法建立起推进轴系-高静低动隔振器纵振隔振系统的动力学模型,运用谐波平衡法求解出系统的力传递率,并与采用龙格库塔法的数值解法进行对比验证;最后,结合船舶实际工况参数,分析其在叶频激励下隔振系统的隔振效果。分析结果表明,考虑斜置弹簧阻尼的高静低动隔振器隔振系统的低频隔振效果更好,随着高静低动隔振器的轴向阻尼增大,隔振系统在高频段的隔振效果变差。

关键词：高静低动推进轴系纵振低频隔振有限元分析

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高静低动隔振系统的双时延反馈混沌化

船舶力学 2019年第5期23卷 611-620页

作者：柴凯楼京俊杨庆超俞翔海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033 海军工程大学科研学术处武汉430033

针对舰船辐射噪声中线谱特征突出且难以消除的难题,通过双时延反馈控制的高静低动隔振系统来同时降低线谱特征和强度。首先,建立高静低动隔振系统及其双时延反馈控制的动力学模型;然后,分析双时延反馈控制的高静低动隔振系统的全时延稳... 详细信息

针对舰船辐射噪声中线谱特征突出且难以消除的难题,通过双时延反馈控制的高静低动隔振系统来同时降低线谱特征和强度。首先,建立高静低动隔振系统及其双时延反馈控制的动力学模型;然后,分析双时延反馈控制的高静低动隔振系统的全时延稳定性和稳定性切换;最后,实现基于双时延反馈控制的高静低动隔振系统混沌化。仿真结果表明:不稳定区域相比稳定区域,更容易实现时延混沌化;双时延反馈相比单时延反馈的临界控制增益更小,混沌云点更稠密;高静低动隔振系统相比一般非线性系统线谱强度更低,混沌化效果更好。

关键词：隔振系统高静低动双时延反馈控制稳定性分析混沌化

船用高静低动隔振器的设计及参数影响规律研究（英文）

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船舶力学 2019年第6期23卷 696-705页

作者：杨志荣王岩柯贤勇饶柱石集美大学轮机工程学院福建省船舶与海洋工程重点实验室福建厦门361021 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

文章提出了一种由屈曲圆板和线性弹簧组成的隔振器,采用解析法和有限元法分别计算分析其屈曲模态,结果表明解析法与有限元法计算结果相吻合,验证了解析法的正确性。此外,通过采用有限元ANSYS软件计算分析其高静低动的刚度特性,验证了隔... 详细信息

文章提出了一种由屈曲圆板和线性弹簧组成的隔振器,采用解析法和有限元法分别计算分析其屈曲模态,结果表明解析法与有限元法计算结果相吻合,验证了解析法的正确性。此外,通过采用有限元ANSYS软件计算分析其高静低动的刚度特性,验证了隔振器结构设计的合理性。最后,建立了高静低动隔振器的非线性动力学模型,进一步采用谐波平衡法分析其幅频特性,讨论了系统设计参数的影响规律。分析结果表明刚度比与隔振器的类型和非线性程度相关;此外,高静低动隔振器显示出具有典型的Duffing振子的频率跳跃现象。

关键词：高静低动隔振器船舶设备有限元

非设计工况下的高静低动隔振器参数的响应影响规律研究

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船舶力学 2021年第12期25卷 1719-1728页

作者：杨志荣柯贤勇赵含饶柱石集美大学轮机工程学院厦门市海洋腐蚀与智能防护材料重点实验室厦门361021 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

本文提出一种由屈曲圆板作为负刚度和线性弹簧并联组成的高静低动隔振器;采用有限元法计算分析其屈曲模态,并对其进行了非线性屈曲分析,验证了其具有高静低动的刚度特性;如隔振器的承载重量选择得当,静平衡位置就位于额定载荷下的准零... 详细信息

本文提出一种由屈曲圆板作为负刚度和线性弹簧并联组成的高静低动隔振器;采用有限元法计算分析其屈曲模态,并对其进行了非线性屈曲分析,验证了其具有高静低动的刚度特性;如隔振器的承载重量选择得当,静平衡位置就位于额定载荷下的准零刚度平衡点,一旦载荷发生改变,过载或者欠载,则会造成静平衡位置偏离设定的静平衡点;建立了考虑载荷缺陷的高静低动隔振器的非线性动力学模型,进一步采用谐波平衡法分析其响应,讨论了系统参数的响应影响规律。分析结果表明,系统响应从渐软刚度向渐硬刚度以及渐软-渐硬刚度混合的特性改变取决于承载、阻尼以及激励力幅值情况。

关键词：高静低动隔振器非设计工况有限元

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水下三磁体式高静低动隔振装置的性能研究

水下三磁体式高静低动隔振装置的性能研究

第十九届船舶水下噪声学术讨论会

作者：廉一博司建伟张超商德江

弹性支持隔振是水下航行器进行设备隔振的重要技术,但通常的线性隔振装置在降低刚度提高低频隔振能力的同时将会显著降低其对设备的静态重量承载能力,而主动控制的方法能够降低频噪声但系统复杂,可靠性和适应性差。本文针对水下航行器... 详细信息

弹性支持隔振是水下航行器进行设备隔振的重要技术,但通常的线性隔振装置在降低刚度提高低频隔振能力的同时将会显著降低其对设备的静态重量承载能力,而主动控制的方法能够降低频噪声但系统复杂,可靠性和适应性差。本文针对水下航行器内部机械振动的隔振问题设计了一种具有高静态、低动态弹性模量的三磁体式高静低动隔振装置,分析了高静低动装置的形成原理,建立了水下电机与隔声罩的仿真模型,比较了电机与外部隔声罩刚性连接,线性隔振装置连接与高静低动隔振装置连接时隔声罩表面的均方振速以及整个模型的辐射声功率。结果发现,高静低动隔振装置因其刚度低,隔振效果比线性隔振装置更好。

关键词：水下航行器高静低动隔振永磁体

来源： cnki会议评论

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船用高静低动隔振器的研究

船用高静低动隔振器的研究

作者：王岩集美大学

学位级别：硕士

高静低动隔振技术是近十几年来人们在设备制造生产运输等过程中对低频隔振的要求不断提高中研究出的一项新兴的低频非线性隔振技术,具备良好的低频隔振性能和优点。高静低动隔振系统具有多样的结构,区别主要在于负刚度元件的设计,在结... 详细信息

高静低动隔振技术是近十几年来人们在设备制造生产运输等过程中对低频隔振的要求不断提高中研究出的一项新兴的低频非线性隔振技术,具备良好的低频隔振性能和优点。高静低动隔振系统具有多样的结构,区别主要在于负刚度元件的设计,在结构、材料、组合方式等方面多有不同。本文主要研究船用高静低动隔振器,以屈曲圆板为负刚度,主要工作内容如下:1.分析了振动引起的船舶噪声对船舶的影响,介绍了船舶噪声的主要噪声源,引出船舶减振降噪的重要性与必要性,结合船舶环境空间的有限性和减振降噪的主要手段,主要介绍常见的几种船舶隔振形式,并引出高静低动隔振技术研究现状,然后基于高静低动原理提出以屈曲圆板为负刚度机构的船用高静低动隔振器。2.阐述了高静低动刚度（High-Static-Low-Dynamic Stiffness）隔振技术的原理,并针对船舶空间的局限性和复杂性以及低频隔振问题,设计出体积小和结构简单的隔振器,结合HSLDS在低频隔振的有效性提出了结构简单并且拥有一定承载能力的船用高静低动隔振器。设计船用高静低动隔振器三维模型,并对其进行简化建模,对作为负刚度机构的屈曲圆板进行线性屈曲分析和非线性屈曲分析,对船用高静低动隔振器进行非线性屈曲分析,分析结果表明屈曲圆板具有负刚度特性,船用高静低动隔振器在静平衡位置附近具有准零刚度的效果。3.对船用高静低动隔振器进行动力学特性研究,得到传递率表达式,对在额定负载条件下的刚度比、阻尼比和激扰力对传递率的影响进行了分析研究;对在超载或欠载条件下的刚度比、阻尼比、激扰力和偏移量对传递率的影响进行了分析研究,结果表明,在超载或欠载条件下,激扰力会使隔振器的表现更为复杂,偏移量的变化可能会导致隔振系统不稳定,而增大刚度比、减小阻尼比,可以提高低频隔振效果。4.首先对船用高静低动隔振器进行了静力实验分析,验证了其具有准零刚度静态特性。再对其进行了振动传递率实验分析,实验结果表明隔振器具有一定的低频隔振性能,在实验过程中,通过对船用高静低动隔振器进行正反扫频还验证了跳跃现象。

关键词：高静低动隔振器力传递率过载欠载实验分析

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非规则弹性片高静低动的隔振特性

噪声与振动控制 2013年第6期33卷 45-48页

作者：殷小涛孟再强刘兴星肖心想李鸿光上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

在前人对斜置规则弹性片高静低动特性研究的基础上,运用势能函数、拉格朗日—欧拉法研究该模型非线性静力学方程,利用数值分析技术分析模型中各关键参数与振动输出之间的关系并优化,完成静力学仿真,并设计出试验样机,完成静力学试验和... 详细信息

在前人对斜置规则弹性片高静低动特性研究的基础上,运用势能函数、拉格朗日—欧拉法研究该模型非线性静力学方程,利用数值分析技术分析模型中各关键参数与振动输出之间的关系并优化,完成静力学仿真,并设计出试验样机,完成静力学试验和位移传递率试验,验证该结构具备良好的高静低动隔振特性。研究工作对高静低动隔振器的设计具有参考意义。

关键词：振动与波 GAS(Geometric anti-spring)隔振器非线性高静低动非规则弹性片

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核电厂高静低动三维隔震系统的地震响应研究

核电厂高静低动三维隔震系统的地震响应研究

作者：柳梦宇上海大学

学位级别：硕士

隔震作为一种有效的减震技术在工业和民用建筑领域得到了广泛的应用,对于提升核电厂的抗震能力同样有效。但是传统的隔震装置在水平方向上具有良好的隔震效果,但是不能隔离垂直地震,而且可能放大竖向加速度,竖向地震造成的破坏不容忽视... 详细信息

隔震作为一种有效的减震技术在工业和民用建筑领域得到了广泛的应用,对于提升核电厂的抗震能力同样有效。但是传统的隔震装置在水平方向上具有良好的隔震效果,但是不能隔离垂直地震,而且可能放大竖向加速度,竖向地震造成的破坏不容忽视,因此有必要对三维隔震技术进行研究。三维隔震技术通过降低刚度,延长原结构的自振周期来获得良好的隔震效果,但是会放大原结构的位移响应。高静低动隔震系统具有静刚度较大、动刚度较小的特点,并能有效解决竖向隔震中的矛盾。本文结合国家自然科学基金项目《核电厂高静低动三维隔震系统动力模型及地震响应研究》,针对CAP1400系列机组核岛结构隔震进行理论与实验研究,主要工作及成果如下:（1）针对提出的高静低动隔震装置的设计概念,对装置的受力变形机理进行分析,得出装置本构模型。针对装置力学模型研究装置重要参数对力学性能的影响。（2）针对提出的高静低动隔震系统设计出一套静力试验装置,介绍了实验装置的详细参数和试验方案,开展装置的静力试验,斜置支座滞回曲线试验值与理论值吻合良好,负刚度装置理论与试验值误差15%以内,符合设计预期。（3）建立核电厂高静低动隔震系统单质点分析模型,研究系统关键参数对结构重要响应的影响。根据核电厂安全性能设计目标展开装置的参数筛选及定型得出三个重要设计参数的可行域:屈重比在5%-15%范围内,等效阻尼比在20%-30%内,竖向隔震周期为0.8s-1.1s。（4）依据设计参数建立核电厂高静低动隔震系统多质点杆系分析模型,研究核电厂的关键节点动力响应、核岛隔震效果、装置的运动状态,橡胶支座的极限状态、设备的安全性等关键结果。各核电厂重要节点减震率在0.2-0.6之间,底板加速度由0.6g输入降至0.4g,符合设计目标,支座力学性能状态均处在安全范围内。

关键词：核电厂隔震结构高静低动负刚度地震响应