船舶通液管线振动噪声分析与复合阻尼材料优化设计研究

发布时间：2017-04-06 01:00

  本文关键词：船舶通液管线振动噪声分析与复合阻尼材料优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：通液管道系统振动噪声目前已成为船舶减振降噪控制面临的主要问题。管道全频域振动噪声分析涉及流体力学、结构动力学和管道声学等多物理场，一体化的流体力学、结构动力学及声学耦合求解技术还不成熟。解决该问题主要难点有两个，一是管道系统中水动力载荷的确定较困难，如水锤效应和湍振载荷等，依靠计算流体力学获得这些载荷代价高；二是管道声振耦合数值计算时高、中、低频域（1~10KHz）动力学模型特点没有深入研究，全频域建模方法不清楚。本文第一部分内容研究了实用化的简易船舶通液管道振动噪声分析一体化方法。根据文献，给出了管道系统中水动力瞬态效应载荷简化计算方法，省略管道流体力学计算过程，水动力瞬态效应载荷可直接导入后续管道声固耦合计算模型。其次，研究了管道声振耦合计算全频域动力学模型特点，给出建立管道振动噪声分析模型的方法。算例结果表明，管道系统振动噪声全频域分析是一个有限元法、混合法联合应用问题，单一的有限元模型或统计能量模型都不适用。最后,针对管道减振降噪工程设计要求，对管道贴敷特定阻尼材料，，并进行了阻尼材料减振降噪效果评价。 阻尼材料具有良好的吸能特性，在工程结构减振降噪设计中得到广泛应用。新型阻尼材料的开发较为困难，周期长、开发费用昂贵，最大限度发挥现有阻尼材料的应用效果是目前可行之策。本文第二部分，首先通过优化设计阻尼材料在待控结构物或装置表面的位置分布与厚度，使其在指定减振降噪效果下阻尼材料用量最小，充分发挥阻尼材料作用。其次，通过对现有阻尼材料的不同配置组合，开发出新形式复合阻尼材料（Hybrid Damping Materials），如梯度阻尼材料和区域混杂阻尼材料等，使现有阻尼材料焕发新的活力。文中对给定的多种不同阻尼材料，通过对各种阻尼材料在结构物表面上拓扑分布和厚度优化，在满足指定减振要求下，设计出复合阻尼材料。建立了各种复合阻尼材料设计模型，给出相应的优化方法。算例表明这些方法具有较好工程实用价值。
【关键词】：船舶 通液管道 振动噪声 复合阻尼材料 拓扑优化
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U661.44;U668.5
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 选题背景及研究意义8
• 1.2 管道振动噪声分析研究概况8-11
• 1.2.1 国外研究概况9-10
• 1.2.2 国内研究概况10-11
• 1.3 阻尼材料拓扑优化设计研究发展11-13
• 1.4 本文主要内容13-14
• 第2章 通液管道振动与噪声分析14-47
• 2.1 振动噪声计算基本方程与解法14-19
• 2.1.1 声学基本方程14
• 2.1.2 声学问题计算方法及常用软件14-15
• 2.1.3 振动噪声问题的高频域统计能量解法15-16
• 2.1.4 振动噪声问题中频域 FE-SEA 混合计算方法原理16-17
• 2.1.5 振动噪声问题低频域有限元方法原理17-19
• 2.2 通液管道系统振动源与噪声源特性分析19-22
• 2.2.1 机械和流体振动噪声源及其频谱特征19-20
• 2.2.2 流体瞬态变化导致的效应20-22
• 2.3 通液管道系统振动与噪声计算模型及计算结果22-45
• 2.3.1 管道结构模型22-26
• 2.3.2 管线有限元模态计算26-35
• 2.3.3 通液管道系统振动与声辐射分析全频域计算35-45
• 2.4 通液管道系统振动与噪声计算流程45-46
• 2.5 本章小结46-47
• 第3章 通液管线贴敷阻尼材料减振效果分析47-73
• 3.1 通液管道系统贴敷阻尼材料振动与噪声分析47-65
• 3.1.1 阻尼材料参数47-50
• 3.1.2 贴敷阻尼材料管道系统模型50-51
• 3.1.3 贴敷阻尼材料通液管道系统振动与噪声全频域计算51-65
• 3.2 减振降噪效果评价65-71
• 3.2.1 贴敷 DFM 阻尼材料减振降噪结果65-66
• 3.2.2 贴敷 SA-3 阻尼材料减振降噪结果66-67
• 3.2.3 贴敷 DFM 开孔阻尼材料减振降噪结果67-69
• 3.2.4 贴敷 SA-3 开孔阻尼材料减振降噪结果69-71
• 3.3 本章小结71-73
• 第4章 复合阻尼材料拓扑优化设计73-97
• 4.1 引言73
• 4.2 同一阻尼材料厚度分布优化设计73-77
• 4.2.1 Nastran 计算结果74-75
• 4.2.2 重量目标函数及考虑损耗因子约束的结构优化模型75-77
• 4.3 同一阻尼材料厚度拓扑分布优化设计77-83
• 4.3.1 重量目标函数及考虑损耗因子约束的拓扑分布优化模型77-79
• 4.3.2 重量目标函数及考虑损耗因子约束的阻尼材料拓扑分布优化79-83
• 4.4 多种阻尼材料给定厚度下分布优化设计83-85
• 4.5 多种阻尼材料厚度及材料分布优化设计85-87
• 4.6 梯度阻尼材料层间拓扑分布优化设计87-89
• 4.7 梯度阻尼材料区域拓扑分布优化设计89-96
• 4.8 本章小结96-97
• 第5章 总结与展望97-99
• 5.1 全文总结97-98
• 5.2 研究展望98-99
• 参考文献99-102
• 致谢102-103
• 攻读硕士学位期间发表的论文103-105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 游海龙;贾新章;王少熙;;基于遗传算法的Kriging元模型及其在模拟集成电路优化设计中的应用[J];半导体学报;2007年08期

2 杨德庆,柳拥军,金咸定;薄板减振降噪的拓扑优化设计方法[J];船舶力学;2003年05期

3 李以农;谢熔炉;王宜;郑玲;;约束阻尼结构拓扑优化设计的进化算法[J];重庆大学学报;2010年08期

4 刘敬喜,李天匀,刘土光,李强;弹性介质中充液管道的波衰减特性[J];华中科技大学学报(自然科学版);2003年10期

5 杜建镔;宋先凯;董立立;;基于拓扑优化的声学结构材料分布设计[J];力学学报;2011年02期

6 党锡淇,黄幼玲;工程中的管道振动问题[J];力学与实践;1993年04期

7 谭平;徐蕾;凌晓聪;;动力管道水锤激振分析[J];南京理工大学学报(自然科学版);2006年02期

8 蒋亚礼;吕林华;杨德庆;;提高船用阻尼材料应用效果的优化设计方法[J];中国舰船研究;2012年04期

9 李登;陆秋海;;局部约束阻尼层铺设的优化设计[J];清华大学学报(自然科学版);2011年12期

10 杨德庆;动响应约束下阻尼材料配置优化的拓扑敏度法[J];上海交通大学学报;2003年08期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 杜建镔;宋先凯;;基于声学准则的阻尼材料分布优化设计[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009（CSMO-2009）论文集[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 韦勇;阻尼结构的建模、识别和拓扑优化研究[D];南京航空航天大学;2006年

  本文关键词：船舶通液管线振动噪声分析与复合阻尼材料优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：287955