船体基座结构的阻振技术研究.pdf

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1、第43卷第6期2014年12月船海工程SHIP＆0CEANENGINEERINGV01．43No．6Dec．2014DOI：10．3963／j．issn．167l-7953．2014．06．00l船体基座结构的阻振技术研究温华兵，刘林波(江苏科技大学振动噪声研究所，江苏镇江212003)摘要：基于刚性质量阻振原理，对基座提出空心质量阻振与阻尼减振相结合的复合阻振技术。采用FE—sEA混合法，建立基座至双层圆柱壳体的振动传递及辐射特性分析模型，通过振动传递特性实验验证模型的准确性。在50～5000Hz宽频范围内对比分析在基座腹板底部插入实心或空心阻振质量

2、，以及在基座表面粘贴丁基橡胶阻尼材料的减振降噪性能。结果表明，空心阻振质量比实心阻振质量、复合阻振技术比单独减振技术的减振降噪效果更加明显，这对机械设备支撑结构的振动控制及降噪设计具有工程应用价值。关键词：基座；振动传递；复合阻振；阻尼减振；降噪中图分类号：U661．4文献标志码：A文章编号：1671-7953(2014)06删)01-05结构中材料属性突变、截面积突变、转角与加强肋等不连续因素的存在都会使弹性波在传播过程中发生反射现象，从而起到隔离一部分弹性波传播的作用¨o。此类研究较多，且具有积极意义旧引。都结构中阻振质量阻振性能的研究方法有波动法

3、一J、有限元法(FEM)‘8圳、统计能量法(SEA)和FE—SEA混合法¨叫等。基于理论分析的波动法适合于分析简单结构的质量阻振问题；FEM随着分析频率的提高，为了满足每个波长内多个单元的原则，使得网格急剧增加，计算成本加大，计算误差增加，适合于分析阻振结构的低频振动特性；基于统计性分析的SEA法，难以准确描述阻振质量的详细结构特征，适合于分析阻振结构的高频振动特性；FE—SEA混合法用统计能量法描述模态密度密集的子结构，用有限元法描述刚度大、固有频率高的子结构，是复杂结构中高频声振性能分析的重要方法_11I。由于阻振质量、基座结构和板壳结构之间的模态

4、密度存在较大差异，尤其当结构较为复杂时，采用波动法分析较为困难，单一使用FEM或SEA所建立的模型也不能用于宽频范围的振动特性分析。本文采用FE—SEA混合法研究基座结构振动传递的复合阻振收稿日期：2014—04—09修回日期：2014一06—2l基金项目：国家自然科学基金(11302088)第一作者简介：温华兵(1977一)，男，博士，副教授研究方向：振动噪声控制E-mail：wen—huabing@163．com减振降噪效果。1板结构对弯曲波传递的阻抑特性振动波沿结构传递途中遇到具有隔离作用的自然障碍，如板或杆铰支承、结构接头和加强筋等，可对结构声

5、的传递起到阻抑作用。12I。在舰船结构声学设计中设置阻振质量块就是源于这一思路。阻振质量块是一个大而重的条体，沿着振动波传递途径设置在板结构结合处，用以隔离结构声的传播。在平板结构和L形结构中插入阻振质量，见图l。图l阻振质量结构示意在无限大平板结构中插入刚性阻振质量，基于Poisson一Ⅺrchho￡f薄板假设，利用波动法可推导出平面垂直入射弯曲波的透射系数，一二ji兰±丛二堡：丛：!‘一(肛+毋2肛3)一j(4+肛一拶2肛3一毋么4／2)(1)式中：肛=等品；毋=鲁√罢。其中：m——单位长度阻振质量的质量；1第6期船海工程第43卷m’——单位面积板

6、的质量；9——阻振质量m的质量惯性矩；A。——薄板中传播的弯曲波波长。透射系数通常情况下为复数，是振动频率的函数。在工程中更关心振动能量的传递，因此在弯曲波入射情况下，通常采用能量传递效率表征各种形式的波占入射能量的比例，定义透射效率为丁=肿If2(2)式中掰=鲁炉罄。其中：

7、

8、}。、后：——薄板1、2中的弯曲波波数；曰。、曰：——薄板1、2中的弯曲刚度。透射效率越低，阻振效果越好。在结构转角处布置刚性阻振质量，可以有效增大结构的阻抗失配程度，从而显著隔离振动波的传递。在L型薄板结构中插入刚性阻振质量后，对弯曲波的透射效率为下=籍㈠

9、2(3)。一南海⋯

10、2。V7式中：f：——转角处透射系数。在无限大平板中，对于相同材料、不同板厚比(方形实心阻振质量与板厚度的比值)，基于波动法计算得到的阻振质量透射效率，见图2。频率／H2图2平板结构实心阻振质量的透射效率结果显示，阻振质量相当于一个“低通滤波器”，对低频振动波几乎没有阻振效果，对高频振动的阻振效果较好，在全隔离频率处(丁=0时)，阻振质量的阻振效果最佳。随着板厚度比的增加，阻振质量的透射效率向低频移动，即板厚比越大，阻振质量的有效阻振频率越低，阻振效果越好。2基座结构的质量阻振技术研究对象为水下双层加筋圆柱壳体结构，其外径2．7m，内径2．3m，长度4

11、．0m，含20个等间距肋位，壁厚10mm，两端带板筋舱壁结构。在圆柱壳体结构13～17肋位处底