基于MR阻尼器的船舶减振基座试验研究

摘要

减振性能是体现船舶整体性能的重要指标。近年来，围绕该问题的研究已经成为舰船研究领域内的热点。目前我国使用的舰船减振元件多为被动式减振元件，如：橡胶减振器、金属减振器等。这些减振器的力学特性是固定不变的，对具体设备而言只在某些特定的频带具有较好的减振效果。而船舶设备的工作频率是不断变化的，为达到最佳减振效果要求减振基座的特性有能力随着设备工作特性的改变作出一些调整，这是传统减振基座无法做到的。本文提出了将可控阻尼元件与传统减振基座相并联进行减振基座系统设计的思想，应用现有较成熟的减振元件钢丝绳弹簧和可控阻尼元件MR阻尼器设计了减振基座，并进行了数值仿真分析和模型实验研究。研究结果表明，减振基座在各个频段都有较好的减振性能，尤其是在低频段，减振效果明显优于传统减振元件。
　　 本论文主要进行了如下几方面的工作：
　　 (1)基于将MR阻尼器与钢丝绳弹簧相并联的思想，以船舶主机为保护对象，进行了减振基座模型系统的设计，根据国内现有的MR阻尼器的形状特性对传统的舰船基座结构进行了合理改造；
　　 (2)对钢丝绳减振器和MR阻尼器的力学特性进行了数值仿真分析，研究了MR阻尼器活塞与缸体间隙变化对阻尼器性能的影响。讨论了几何参数变化对钢丝绳减振器等效刚度的影响。并针对试验要求确定了MR阻尼器和钢丝绳减振器的关键参数；
　　 (3)采用有限元方法对基座系统的振动响应进行了仿真分析。结果表明该基座系统对在低频减振方面具有明显的减振效果；
　　 (4)基于MTS多点加载系统和LMS数据采集分析系统进行了振动模型试验设计。通过对模型激振频率、激振力幅、控制质量和MR阻尼器电流的调整进行了大量的试验。并采用PID控制方法对振动响应进行了控制。试验结果表明减振基座系统在控制结构振动方面效果明显，尤其体现在低频减振方面；
　　 (5)基于试验中MR阻尼器的出力特点，在现有MR阻尼器力学模型研究基础之上提出了改进的Sigmoid模型。该模型表达式简练，参数较少，物理意义清晰，具有较高精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究的目的及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1结构振动控制的研究

1.2.2磁流变技术研究现状

1.3论文主要工作

第2章基座的设计思想及主要元件力学特性

2.1引言

2.2减振基座设计思想

2.3减振基座的结构

2.4 MR阻尼器的力学特性分析及建模

2.4.1磁流变液材料的组成及其流变机理

2.4.2 MR阻尼器的工作原理

2.4.3参数变化对MR阻尼器性能的影响

2.5钢丝绳减振器特性仿真研究

2.5.1钢丝绳减振器的力学模型分析

2.5.2钢丝绳减振器特性仿真研究

2.6本章小结

第3章减振基座数值试验

3.1引言

3.2有限元模型及其模态特性

3.3振动响应仿真计算

3.3.1力的传递率变化规律

3.3.2振幅放大因子的变化规律

3.4本章小结

第4章减振基座主要元件特性及模态测试

4.1引言

4.2试验主要元件性能测定

4.2.1钢丝绳弹簧性能测定

4.2.2 MR阻尼器性能测定

4.3模态测试方案及实现手段

4.3.1测试方法

4.3.2加速度传感器的布置

4.4模态试验结果

4.5本章小结

第5章减振基座振动试验

5.1引言

5.2振动试验方案

5.2.1边界条件的处理

5.2.2激振力的加载方式

5.2.3传感器布置

5.2.4试验工况设定

5.3恒定阻尼器电流试验结果分析

5.3.1试验现象概述

5.3.2参数定义

5.3.3实验结果分析

5.3.4数值仿真和物理实验的对比分析

5.4 PID振动控制试验结果分析

5.4.1 PID控制原理

5.4.2控制思路

5.4.3 PID控制软件简介

5.4.4试验数据分析

5.5本章小结

第6章减振元件中MR阻尼器力学模型研究

6.1引言

6.2 MR阻尼器的力学模型研究现状

6.2.1伪静力模型

6.2.2参数化动态模型

6.2.3非参数化动态模型

6.3修正的Sigmoid力学模型

6.3.1 MR阻尼器力的特性

6.3.2 Sigmoid函数的基本特性

6.3.3修正的sigmoid模型

6.3.4模型参数的确定

6.3.5模型的验证

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录