大功率舰船用齿轮箱箱体结构的减振降噪方法研究
发布时间：2021-08-01 07:27
作为舰船动力传动装置的主要噪声源之一,齿轮箱的振动与噪声对舰船隐蔽性及工作性能具有重大影响。齿轮箱所发出的噪声绝大部分是以结构噪声的形式通过箱体壁面振动向外辐射,故对箱体的声振特性进行分析,继而降低其振动与噪声水平具有重要意义。本文针对某大型复杂齿轮箱箱体展开研究,根据声振特性分析结果,通过在箱体加筋和附加阻尼,达到减振降噪的目的。对大型复杂箱体几何模型进行简化,对箱体模态进行分析,研究了箱体模态振型的特点;基于模态叠加理论计算了简谐激励下箱体在1～900Hz以内关键响应点的加速度振动级;建立了声学分析的速度边界条件,利用边界元法求得了齿轮箱体的噪声辐射特性;对箱体声学板块贡献量进行分析,将对箱体声功率贡献较大的位置作为重点优化区域。考虑到箱体多由薄壁结构组成,建立加筋板模型,分析筋的数量、位置及尺寸对结构声振特性的影响,发现加筋对于薄板结构的减振降噪具有较好的效果,其中根据优势模态的模态振型优化加强筋位置、增加筋的截面尺寸（高度、宽度）、增大筋的高宽比均能不同程度降低结构振动及噪声水平。在薄板上附加阻尼,验证阻尼复合模型的准确性;研究了阻尼材料参数对结构的影响,并据此选择了阻尼材料;...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大型船用齿轮箱[5]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-添加激励，以更高的计算效率求得了齿轮箱结构的振动响应。图1-5所示为箱体表面测点的计算值与测量值比较。图1-4齿轮箱全有限元模型[15]图1-5测点的计算值与测量值对比[17]分析齿轮箱辐射噪声时，常用方法包括边界元法和有限元法，对于高频噪声，通常会用到统计能量法等。其中有限元法将声场离散化成小声场单元，通过节点连接，由节点上的声压换算求得声场中的声压[19]，在解决大型复杂齿轮箱声学外场辐射问题时，声场网格划分数目会非常巨大，计算成本高，故该方法并不适用，一般在解决内声场问题中多应用有限元法[20]。统计能量法对于高频段噪声具有较为明显的分析优势，已经有学者在舰船齿轮箱高频噪声分析中应用此法[21,22]，对于复杂舰船齿轮箱，该法在划分子系统、模态损耗因子的确定等方面仍比较困难。边界元法在声学分析中的应用始于上世纪60年代，Chen[23]较早地通过结构的表面速度对辐射噪声进行了预测。边界元法则是根据空间中场点声压与研究对象外表面速度之间的关系，通过结构外表面速度计算求得声场特性。由于边界元法只需要在结构表面划分二维网格，所以其单元数量少，计算量小，适用于复杂结构。目前在大型舰船齿轮箱的振动噪声分析，逐渐发展为有限元和边界元相结合的分析方法：以有限元法求解振动响应，将所得结构表面速度作为边界条件，利用边界元法求解声学响应。焦映厚[24]等以立式行星齿轮箱为研究对象，基于有限元法得到了系统不平衡响应，并将其作为声场激励，利用边界元法对噪声辐射进行分析；测试了该齿轮箱在实际运行工况的条件下的噪声，发现计算与实际检测的声压级仅差1%。刘文[14]也利用该方法分析得到齿轮箱在场点的声压级曲线，并与实际测量值对比发现两者吻合较好，?
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-添加激励，以更高的计算效率求得了齿轮箱结构的振动响应。图1-5所示为箱体表面测点的计算值与测量值比较。图1-4齿轮箱全有限元模型[15]图1-5测点的计算值与测量值对比[17]分析齿轮箱辐射噪声时，常用方法包括边界元法和有限元法，对于高频噪声，通常会用到统计能量法等。其中有限元法将声场离散化成小声场单元，通过节点连接，由节点上的声压换算求得声场中的声压[19]，在解决大型复杂齿轮箱声学外场辐射问题时，声场网格划分数目会非常巨大，计算成本高，故该方法并不适用，一般在解决内声场问题中多应用有限元法[20]。统计能量法对于高频段噪声具有较为明显的分析优势，已经有学者在舰船齿轮箱高频噪声分析中应用此法[21,22]，对于复杂舰船齿轮箱，该法在划分子系统、模态损耗因子的确定等方面仍比较困难。边界元法在声学分析中的应用始于上世纪60年代，Chen[23]较早地通过结构的表面速度对辐射噪声进行了预测。边界元法则是根据空间中场点声压与研究对象外表面速度之间的关系，通过结构外表面速度计算求得声场特性。由于边界元法只需要在结构表面划分二维网格，所以其单元数量少，计算量小，适用于复杂结构。目前在大型舰船齿轮箱的振动噪声分析，逐渐发展为有限元和边界元相结合的分析方法：以有限元法求解振动响应，将所得结构表面速度作为边界条件，利用边界元法求解声学响应。焦映厚[24]等以立式行星齿轮箱为研究对象，基于有限元法得到了系统不平衡响应，并将其作为声场激励，利用边界元法对噪声辐射进行分析；测试了该齿轮箱在实际运行工况的条件下的噪声，发现计算与实际检测的声压级仅差1%。刘文[14]也利用该方法分析得到齿轮箱在场点的声压级曲线，并与实际测量值对比发现两者吻合较好，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]定轴齿轮箱故障振动特性仿真及实验研究[J]. 姚文,丁康. 重庆理工大学学报(自然科学). 2020(07)
[2]船舶齿轮传动装置箱体振动噪声分析与控制研究进展[J]. 王晋鹏,常山,刘更,刘岚,吴立言. 船舶力学. 2019(08)
[3]船舶加筋板架结构低噪声优化研究[J]. 林长刚,孙建刚,余越,周爱国. 舰船科学技术. 2019(05)
[4]减速器箱体阻尼结构工作变形分析[J]. 张猛,葛仁超,张智博,安文迪. 舰船科学技术. 2018(21)
[5]薄板结构加筋布局优化设计方法研究[J]. 王栋,李正浩. 计算力学学报. 2018(02)
[6]面向噪声品质优化的减速器箱体结构设计[J]. 方源,章桐,汪浩然,郭荣. 中南大学学报(自然科学版). 2017(09)
[7]复合材料舵与钢质舵振动特性对比试验研究[J]. 王永历,李华东,梅志远. 舰船科学技术. 2017(15)
[8]加筋位置对铝型材板振动声辐射特性的影响分析[J]. 张英蓉,沈火明,张鑫,王宇星. 四川理工学院学报(自然科学版). 2016(06)
[9]统计能量法在齿轮箱声学性能预测中的应用研究[J]. 王鑫,张晓旭,赵松涛. 机械传动. 2016(04)
[10]结合模态声学贡献量与板面声学贡献量的减速箱降噪技术研究[J]. 王晋鹏,常山,刘更,吴立言,张涛. 振动与冲击. 2016(04)
博士论文
[1]发动机结构辐射噪声数值仿真及优化设计研究[D]. 冯仁华.湖南大学 2014
硕士论文
[1]齿轮箱振动噪声分析及其优化研究[D]. 王曾.哈尔滨工程大学 2018
[2]船用齿轮箱振动特性影响分析与减振技术研究[D]. 程倩.重庆大学 2018
[3]SEM30齿轮箱约束阻尼减振降噪研究[D]. 马永方.山东大学 2016
[4]行星齿轮减速器箱体减振降噪研究[D]. 张天目.哈尔滨工程大学 2015
[5]舰船用减速器壳体结构声振特性分析[D]. 范永波.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3315074
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大型船用齿轮箱[5]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-添加激励，以更高的计算效率求得了齿轮箱结构的振动响应。图1-5所示为箱体表面测点的计算值与测量值比较。图1-4齿轮箱全有限元模型[15]图1-5测点的计算值与测量值对比[17]分析齿轮箱辐射噪声时，常用方法包括边界元法和有限元法，对于高频噪声，通常会用到统计能量法等。其中有限元法将声场离散化成小声场单元，通过节点连接，由节点上的声压换算求得声场中的声压[19]，在解决大型复杂齿轮箱声学外场辐射问题时，声场网格划分数目会非常巨大，计算成本高，故该方法并不适用，一般在解决内声场问题中多应用有限元法[20]。统计能量法对于高频段噪声具有较为明显的分析优势，已经有学者在舰船齿轮箱高频噪声分析中应用此法[21,22]，对于复杂舰船齿轮箱，该法在划分子系统、模态损耗因子的确定等方面仍比较困难。边界元法在声学分析中的应用始于上世纪60年代，Chen[23]较早地通过结构的表面速度对辐射噪声进行了预测。边界元法则是根据空间中场点声压与研究对象外表面速度之间的关系，通过结构外表面速度计算求得声场特性。由于边界元法只需要在结构表面划分二维网格，所以其单元数量少，计算量小，适用于复杂结构。目前在大型舰船齿轮箱的振动噪声分析，逐渐发展为有限元和边界元相结合的分析方法：以有限元法求解振动响应，将所得结构表面速度作为边界条件，利用边界元法求解声学响应。焦映厚[24]等以立式行星齿轮箱为研究对象，基于有限元法得到了系统不平衡响应，并将其作为声场激励，利用边界元法对噪声辐射进行分析；测试了该齿轮箱在实际运行工况的条件下的噪声，发现计算与实际检测的声压级仅差1%。刘文[14]也利用该方法分析得到齿轮箱在场点的声压级曲线，并与实际测量值对比发现两者吻合较好，?
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-添加激励，以更高的计算效率求得了齿轮箱结构的振动响应。图1-5所示为箱体表面测点的计算值与测量值比较。图1-4齿轮箱全有限元模型[15]图1-5测点的计算值与测量值对比[17]分析齿轮箱辐射噪声时，常用方法包括边界元法和有限元法，对于高频噪声，通常会用到统计能量法等。其中有限元法将声场离散化成小声场单元，通过节点连接，由节点上的声压换算求得声场中的声压[19]，在解决大型复杂齿轮箱声学外场辐射问题时，声场网格划分数目会非常巨大，计算成本高，故该方法并不适用，一般在解决内声场问题中多应用有限元法[20]。统计能量法对于高频段噪声具有较为明显的分析优势，已经有学者在舰船齿轮箱高频噪声分析中应用此法[21,22]，对于复杂舰船齿轮箱，该法在划分子系统、模态损耗因子的确定等方面仍比较困难。边界元法在声学分析中的应用始于上世纪60年代，Chen[23]较早地通过结构的表面速度对辐射噪声进行了预测。边界元法则是根据空间中场点声压与研究对象外表面速度之间的关系，通过结构外表面速度计算求得声场特性。由于边界元法只需要在结构表面划分二维网格，所以其单元数量少，计算量小，适用于复杂结构。目前在大型舰船齿轮箱的振动噪声分析，逐渐发展为有限元和边界元相结合的分析方法：以有限元法求解振动响应，将所得结构表面速度作为边界条件，利用边界元法求解声学响应。焦映厚[24]等以立式行星齿轮箱为研究对象，基于有限元法得到了系统不平衡响应，并将其作为声场激励，利用边界元法对噪声辐射进行分析；测试了该齿轮箱在实际运行工况的条件下的噪声，发现计算与实际检测的声压级仅差1%。刘文[14]也利用该方法分析得到齿轮箱在场点的声压级曲线，并与实际测量值对比发现两者吻合较好，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]定轴齿轮箱故障振动特性仿真及实验研究[J]. 姚文,丁康. 重庆理工大学学报(自然科学). 2020(07)
[2]船舶齿轮传动装置箱体振动噪声分析与控制研究进展[J]. 王晋鹏,常山,刘更,刘岚,吴立言. 船舶力学. 2019(08)
[3]船舶加筋板架结构低噪声优化研究[J]. 林长刚,孙建刚,余越,周爱国. 舰船科学技术. 2019(05)
[4]减速器箱体阻尼结构工作变形分析[J]. 张猛,葛仁超,张智博,安文迪. 舰船科学技术. 2018(21)
[5]薄板结构加筋布局优化设计方法研究[J]. 王栋,李正浩. 计算力学学报. 2018(02)
[6]面向噪声品质优化的减速器箱体结构设计[J]. 方源,章桐,汪浩然,郭荣. 中南大学学报(自然科学版). 2017(09)
[7]复合材料舵与钢质舵振动特性对比试验研究[J]. 王永历,李华东,梅志远. 舰船科学技术. 2017(15)
[8]加筋位置对铝型材板振动声辐射特性的影响分析[J]. 张英蓉,沈火明,张鑫,王宇星. 四川理工学院学报(自然科学版). 2016(06)
[9]统计能量法在齿轮箱声学性能预测中的应用研究[J]. 王鑫,张晓旭,赵松涛. 机械传动. 2016(04)
[10]结合模态声学贡献量与板面声学贡献量的减速箱降噪技术研究[J]. 王晋鹏,常山,刘更,吴立言,张涛. 振动与冲击. 2016(04)
博士论文
[1]发动机结构辐射噪声数值仿真及优化设计研究[D]. 冯仁华.湖南大学 2014
硕士论文
[1]齿轮箱振动噪声分析及其优化研究[D]. 王曾.哈尔滨工程大学 2018
[2]船用齿轮箱振动特性影响分析与减振技术研究[D]. 程倩.重庆大学 2018
[3]SEM30齿轮箱约束阻尼减振降噪研究[D]. 马永方.山东大学 2016
[4]行星齿轮减速器箱体减振降噪研究[D]. 张天目.哈尔滨工程大学 2015
[5]舰船用减速器壳体结构声振特性分析[D]. 范永波.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3315074
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