船体基座设备单向约束变参系统振动特性研究

摘要

由设备振动传递到船体结构的输入载荷的确定,对于船舶的减振降噪有十分重要的意义,在振动噪声预报方面受到高度的重视。设备一般通过预紧的螺栓、二阶隔振的隔振器、带间隙的限位器等连接结构与船体基座连接在一起。由于既要考虑隔振效果又不能使设备的振动位移过大,要求隔振构件的受拉、受压刚度特性在不同的振动位移范围内有所差异,具有非光滑的单向约束的刚度特性。当激扰力超过一定值时,使振动幅值超过间隙值或预紧变形,系统刚度将发生改变,此时应当作分段线性振动系统考虑。为此,本文开展了以下研究工作。
　　首先,本文基于结构动力学原理,根据“船体-基座-设备”系统的简化数学模型,分析了设备在不平衡激扰力及不平衡激扰力矩联合作用下的垂向和俯仰两自由度的分段线性振动问题。根据系统不同振动阶段的刚度特性,可发生四种参数不同的振动。此时系统的固有频率成分将会增多为最多八个。这样在单频激扰力下,将会激起包括强迫振动频率和新增的固有频率成分的多频振动响应。通过MATLAB软件编写计算程序分段求解振动的微分方程式。
　　在上述求得的振动解的基础上,对“船体-基座-设备”系统在不同激扰情况下的复杂振动特性进行分析。采用理论分析、位移曲线图以及相轨线图等方法对比分析了常参数系统与变参数系统的振动特性。分析了系统各主要参数对分段线性系统振动特性的影响。在不对称激扰力作用下,设备两侧弹簧的振动差异较大。
　　采用求解非线性问题的KBM法,通过分段积分得出分段线性系统的振幅随激扰频率变化的共振曲线。结合奇点的稳定性性质,定性及定量分析共振曲线的稳定区域。找出间隙值及变化前后的刚度比等系统参数对非线性振动共振曲线的影响。
　　总结出不同参数的共振曲线对振动放大系数的影响。振动的幅值放大系数与系统刚度比和频率比都有关,随着刚度比和频率比的影响程度的不同,振动的位移幅值有可能比常参数系统的大,也有可能小。对于硬弹簧系统,其频率分界点在共振曲线的交点处。其共振曲线将向频率较大的方向偏移,同时有跳跃和滞后现象;系统的间隙值越小其固有频率发生偏移越早;系统参数变化前后刚度比越小,共振曲线偏移越明显。
　　最后,基于有限元ANSYS软件建立典型的双层圆柱壳船体结构模型。由振动位移,得到传递到船体结构的输入载荷。对比分析常参数系统与变参数系统的载荷频域特性。分段线性系统传递到船体结构的输入载荷在频域内比常参数系统包含更高的频率成分。通过进行谐响应分析,得到了船体典型考核部位的振动响应。分析了设备在单频激扰力作用下,“船体—基座—设备”单向约束变参系统的振动响应特性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文研究内容

第2章 单向约束系统模型及其计算方法

2.1 设备与船体基座单向约束的连接形式

2.2单向约束系统的物理模型描述

2.3 非线性单元法

2.4 逐步时间法

2.5 分段求解微分方程方法

2.6 本章小结

第3章 单向约束系统的振动稳定性

3.1 预紧变形对振动稳定性的影响

3.2 初始条件对振动稳定性的影响

3.3 频率响应曲线

3.4频率响应曲线的稳定性

3.5 本章小结

第4章 单向约束系统振动特性研究

4.1 激扰力作用于设备质心情况

4.2 激扰力矩作用于设备情况

4.3 不对称激扰力作用于设备情况

4.4 系统的时域振动特性分析

4.5 系统参数不对称情况

4.6 本章小结

第5章 典型船体基座设备单向约束系统振动特性分析

5.1 单向约束系统的模型建立

5.2船体结构的输入载荷

5.3 频域内的船体输入载荷

5.4 船体结构的振动响应

5.5 本章小结

结论

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