运用TMD控制舰船设备振动的研究

发布时间：2018-03-19 20:36

本文选题：调谐质量阻尼器　切入点：吸振效果　出处：《中国舰船研究院》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：船用设备的低频振动控制一直是振动控制中的一个难点,虽然设备的低频振动经过隔振系统后会有部分衰减,但是其主要激励频率的振动仍然存在,所以控制船用设备低频振动的首要问题是控制低频段主要激励频率的振动。船用设备低频振动的主要激励频率是轴频与倍频。吸振是一种有效地控制机电设备低频振动的技术,其在工程中的应用形式主要是调谐质量阻尼器(Tuned Mass Dampers,i.e.TMD)。TMD是一个由质量块,弹簧和阻尼器组成的振荡系统,工作机理是通过质量块与弹簧用来提供惯性力,以此来控制被控结构的振动。本论文设计一套陆上模拟装置并用其模拟船用设备,以降低模拟装置的低频振动为目标,设计了两种结构形式的TMD原理样机,并应用TMD控制模拟装置的主要激励频率的振动,通过理论计算分析,并结合大量的试验进行综合对比验证,研究了质量比、频率、阻尼比以及安装位置对吸振效果与鲁棒性的影响。最终设计了一种满足工程交付使用的环形TMD,用于解决压缩机机组轴频振动超标问题。主要研究内容及成果如下:1.分析舰船设备低频振动特性,设计一套陆上模拟装置,用其模拟舰船设备的低频振动特性,该装置由工作机组、隔振系统等组成。工作机组选用调频电机,隔振系统包含一套单层隔振系统,为了研究模态频率对吸振效果与鲁棒性的影响,陆上模拟装置在设计时,使其第一阶弹性体模态频率接近或远离激励频率。2.应用多刚体动力学分析方法,研究了质量比、阻尼比、TMD频率对吸振效果与鲁棒性的影响,并在此基础上以陆上模拟装置为研究对象,应用谐响应分析重点研究安装位置对吸振效果与鲁棒性的影响,并且验证质量比、阻尼比以及TMD频率对吸振效果与鲁棒性的影响。研究表明,安装位置与布置方式对吸振效果有显著的影响;增大质量比,减小阻尼比均能增加吸振效果与鲁棒性,而TMD频率的偏移仅影响激励频率处的吸振效果。3.设计悬臂梁TMD与橡胶TMD两种不同结构的TMD原理样机,应用模态提取法计算悬臂梁TMD的有效长度以及应用模态提取法、静刚度法方法估算橡胶TMD的橡胶硬度。通过与试验实测值进行对比可知:应用模态法可以准确的估算悬臂梁TMD有效长度;模态法与静刚度法均可以准确地估算橡胶TMD的橡胶硬度,并且以两种计算方法估算的橡胶硬度的平均值作为试投硬度与实际硬度的误差更小。4.应用陆上模拟装置进行TMD试验分析,并与理论分析结果进行对比,研究表明,安装位置与TMD布置方式对吸振效果均有显著地影响,最佳安装位置的选取不仅与振动加速度响应、传递路径有关,安装位置的局部模态对吸振效果也有影响;TMD频率对吸振效果有显著地影响;增加质量比与减小阻尼比均会使得吸振效果与鲁棒性逐渐增大;当控制多个激励频率的振动时,可以针对不同频率安装TMD进行振动控制;当主系统安装TMD后,低频隔振效果会变好,从而全频段隔振效果会变好。5.借鉴两种TMD原理样机的特点,考虑到机组的实际工作环境与可靠性的要求,设计了一种满足工程交付使用的环形TMD,并应用其解决了压缩机机组轴频振动超标的问题。通过以上工作,总结了一套TMD设计方法与配机调试的工程方法,对应用TMD控制船用设备的低频振动具有一定的工程指导意义。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.44;U674.70

【参考文献】