船舶结构与基座耦合机械阻抗计算分析研究

摘要

船舶在航行过程中，由于各部件的运转会产生振动并辐射噪声，较大的船舶振动噪声会影响舰船的声隐身性能以及船员舒适度等。在水面舰船的三大噪声来源中，由机械设备引起的机械噪声作为船体辐射噪声的重要来源，严重制约着船舶安静化目标的实现，一直以来就是船舶噪声控制的重点。船舶与基座耦合结构作为机械设备向外界声辐射的一个重要环节，其耦合机械阻抗对于船舶减振降噪的研究具有非常重要的意义。近年来，随着减振降噪技术的不断发展，机械阻抗方法被广泛地应用于分析结构动态特性和声振动传递规律的工程中。一方面，船舶与基座耦合结构的输入阻抗作为重要的隔振和声学设计参数之一，决定了从振源进入船体结构的振动功率的比例，另一方面舰船基座耦合结构的传递阻抗决定了振动传递过程中的衰减量，显然提高船舶与基座耦合结构的输入阻抗与传递阻抗可有效降低船舶振动与噪声。因此本文使用理论计算与有限元计算两种方法研究船舶与基座耦合结构机械阻抗，研究内容主要如下:
　　首先，研究船舶与基座耦合的输入阻抗，研究过程中使用理论计算与有限元计算两种方法，理论计算时，根据波长与舰船结构参数的关系，将计算模型在不同频段简化等效为不同的物理模型，通过对物理模型的分析求解耦合结构的输入阻抗。有限元法计算时，计算模型的选取与网格大小的确定应综合考虑计算精度与计算效率。进行实例计算，将两种不同方法计算得到的耦合结构的输入阻抗结果进行对比，相互验证两种计算方法的准确性。
　　其次，研究船舶与基座耦合结构的传递阻抗，同样使用理论法与有限元法两种计算方法，理论法计算时可将耦合结构简化等效为两个弹簧串联，因此可计算基座与船舶结构的动刚度，并通过结构串联公式求解出耦合结构动刚度，求解船舶结构动刚度时应按照计算频率简化为不同结构。有限元计算时，通过建立有限元模型，正确的划分网格及设置边界条件，求解出耦合结构的传递阻抗。进行实例计算，将两种不同方法计算得到的耦合结构的传递阻抗结果进行对比，相互验证两种计算方法的准确性。
　　最后，通过理论法与有限元法研究改变基座面板厚度、基座腹板敷设阻尼层以及基座与船体连接处铺设方钢环路对于耦合结构的输入阻抗与传递阻抗的影响，研究不同控制措施的效果，并对比两种方法的计算结果，分析两种方法适用的范围。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1船体结构中振动传递特性研究现状

1．2．2基座振动特性研究现状

1．3本文的主要研究内容

第2章船舶结构与基座耦合输入阻抗计算与分析

2．1输入阻抗基本概念

2．2输入阻抗理论计算方法

2．2．1集总元件及其组合单元的输入阻抗及导纳

2．2．2船舶基础结构单元的输入阻抗

2．2．3“基座-船体”耦合结构的输入阻抗

2．3输入阻抗有限元计算方法

2．3．1有限元在输入阻抗中的应用

2．3．2有限元计算“基座-船体”耦合结构输入阻抗

2．4输入阻抗计算结果分析

2．4．1实际模型的介绍

2．4．2理论法计算结果

2．4．3有限元法计算结果

2．4．4两种方法计算结果对比

2．5本章小结

第3章船舶结构与基座耦合传递阻抗计算与分析

3．1传递阻抗基本概念

3．2传递阻抗理论计算方法

3．2．1“基座-船体’’耦合结构的简化

3．2．2“基座-船体”耦合结构的动刚度

3．2．3“基座-船体”耦合结构的传递阻抗

3．3传递阻抗有限元计算方法

3．3．1有限元在船舶振动的应用

3．3．2有限元计算“基座-船体”耦合结构传递阻抗

3．4传递阻抗计算结果分析

3．4．1实际模型的介绍

3．4．2理论法计算结果

3．4．3有限元法计算结果

3．4．4两种方法计算结果对比

3．5本章小结

第4章控制措施分析研究

4．1理论分析法

4．1．1结构刚度的影响

4．1．2结构阻尼的影响

4．2有限元法分析

4．2．1基座面板厚度的影响

4．2．2敷设阻尼层的影响

4．2．3铺设方钢环路的影响

4．3本章小结

第5章总结与展望

5．1总结

5．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢