复杂机械构造振动传递性能分析方式探讨

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1、复杂机械构造振动传递性能分析方式探讨第1章绪论1.1研究背景及意义隐身性能是衡量潜艇战斗力的一项重要指标，在美国海军《2000~2035年海军技术潜艇平台技术》报告中，潜艇隐身技术被列为二十一世纪重点发展的潜艇六大关键技术之首[1]，国外对潜艇隐身性能的重视程度由此可见一斑。其中，声隐身性能又是潜艇隐身性能的重中之重，降低潜艇自身的辐射噪声和声目标强度，不仅可以保证潜艇航行的安全性，还能有效提高潜艇的探测能力和先敌攻击能力。研究表明，如果潜艇航行时水下辐射噪声降低10分贝，敌方声呐设备对我方潜艇的探测距离可缩短32%；如果艇用声呐平台的自噪

2、声降低5分贝，我方潜艇声呐的探测距离可增加60%，对目标海区的探测面积可增加到原来的三倍[1]。对于潜艇来说，其内部的机械设备振动所引起的机械噪声，与螺旋桨噪声、流噪声构成潜艇三大噪声源。在这三种主要噪声源中，机械噪声是潜艇低速巡航时最主要的噪声源，控制和减小潜艇机械噪声是潜艇实现安静化的首要环节[2]。随着对潜艇航行速度要求的不断提高，以及其自身体积的逐渐增大，潜艇本身的结构逐渐变得轻薄化，同时船用机械设备的功率、体积则有增无减，潜艇及其设备的振动问题日益突出出来，成为降低机械噪声要面临的首要问题。近四十多年来，国外在潜艇减振降噪方面进行

3、了大量的理论和实验研究，其隔振技术方面的研究成果在降低潜艇结构振动噪声方面发挥了巨大的作用，为提高潜艇自身的隐蔽性做出了重要贡献。潜艇减振降噪，一方面要降低艇用设备自身的振动强度，另一方面要对振动的传递路径进行有效隔离。通常，艇用设备在设计时都会考虑其减振问题，但很多机器设备自身的振动是不能被完全消除的，有效的振动隔离是潜艇降噪所必须的。截止目前，舰艇隔振技术主要经历了单层隔振系统、双层隔振系统和浮筏隔振系统三个发展阶段。一套隔振系统安装好后，是否能达到预先的设计要求，存在振动能量泄露时如何确定振动源头和振动传递的路径，都是目前所面临的实际

4、问题。建立机械结构振动模型、分析振动在结构中的传递特性、预报壳体振动噪声和隔振效果，不仅是隔振系统设计的重要环节，对舰艇主要噪声源的识别、分离和机械噪声源级的估计也具有重要价值。建立舰艇机械结构振动模型，研究结构中的振动传递特性，不仅可以为隔振系统的设计和改进提供依据，对于舰艇机械噪声源的识别、及查找主要机械噪声源也具有指导意义。本论文的出发点，就是研究一种有效实用的结构振动传递特性建模和分析方法，研究结构振动的传递特性和壳体振动的预报方法，为潜艇机械振动分析和噪声预报提供技术支持，为潜艇的减振降噪服务。1.2隔振系统研究与理论发展1.2.

5、1隔振理论的发展概述隔振理论主要经历了经典隔振理论和柔性隔振理论两个时期。经典隔振理论将振源、中间筏体和基础都视为理想刚体，主要用于对单层隔振系统的研究，由于基础和筏体的非刚性，和隔振器分布质量在高频引起的驻波效应，使实际的隔振效果与理论预期相差较大。随着对潜艇隐身性能要求的不断提高，隔振系统由简单的单层隔振系统向双层和浮筏隔振系统发展，隔振理论也由简单的刚性隔振理论向柔性隔振理论发展。所谓柔性隔振理论就是将基础、筏体视为非刚性的，考虑其弹性振动的因素。国外对柔性隔振理论的研究工作是从20世纪50年代末开始的。从事该方向研究代表人物是J.C

6、.Snome[7]通过实验研究，分析了隔振性能受基础弹性的影响。1958年，R.Plunkett[8]用实验验证了机器和基础之间耦合作用，并分析了系统的隔振效果受基础阻抗的影响问题。1961年，DenHartog[6]用点阻抗法分析了基础阻抗对隔振效果的影响。1960年，A.O.Sykes[9]将机械阻抗法应用于单支承非刚性隔振系统的研究，并讨论了机器与基础的阻抗和隔振器的驻波效应对隔振效果的影响。Rubin[11]将机械网络理论应用于单输入单输出隔振系统的研究和设计，并在设计过程中考虑了基础的非刚性问题。1968年，J.I.Soliman

7、[10]对非刚性系统的隔振问题进行了理论研究，讨论了对称简支平行梁和双层隔振系统的隔振问题。第2章单双层隔振系统建模及传递特性分析隔振系统的机械结构常被看作是时不变的多输入多输出系统，隔振系统一旦确定，其振动的传递特性也随之确定，对于输入的特定激励，系统的振动输出可以通过激励和隔振系统本身的振动传递函数估计得到。通过建立机械结构的振动模型，来分析振动在结构中的传递特性、预报壳体振动噪声和隔振效果，不仅是隔振系统设计的重要环节，对舰艇主要噪声源的识别、分离和振源量级估计也具有重要参考价值。机械结构振动系统的建模方法主要包括：多刚度法、有限元法

8、、阻抗/导纳综合法[56]、四端参数法、模态阻抗综合法、传递波法、动力缩聚法等。本章选用阻抗综合法作为主要建模方法。导纳综合法是一种比较实用的分析组合结构动力特性的有效手段，它是