推力轴承轴向刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响
发布时间：2022-01-07 08:18
针对螺旋桨轴向激励力引起的潜艇结构辐射噪声,在Suboff试验艇模型的基础上,建立包含螺旋桨和轴系结构实体单元的整艇结构模型,为了在激励力和振动传递的路径上采取减振降噪措施并预估其减振降噪效果,在推力轴承内部设置了轴向减振器,通过计算减振器具有不同轴向刚度时潜艇结构的振动和声辐射特性,分析了推力轴承轴向刚度对对潜艇结构振动与声辐射的影响;同时采用质量-弹簧-阻尼系统对轴系纵振模型进行简化,计算了轴系纵振第1阶固有频率,通过与潜艇结构振动与声辐射频响曲线的对比,进一步分析了推力轴承轴向刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响规律。得出结论:降低推力轴承轴向减振器刚度,可使轴系纵振第1阶固有频率向低频移动,并使轴系纵振第一阶固有频率附近及以下频段结构振动增大;在中高频段,降低减振器轴向刚度能够明显减小潜艇结构的振动和声辐射,且减振器轴向刚度越低,减振降噪效果越好。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(19)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
潜艇内部尾端结构有限元模型Fig.2FEmodelofinnerstructureofthesubmarine（stern）
和内部尾端结构的有限元模型，在本文的计算分析中，考虑了螺旋桨的直接辐射声，因此螺旋桨采用实体单元建模，整艇湿表面包含螺旋桨湿表面和艇体湿表面两部分，根据推力轴承的止推原理，并考虑到建模的方便，同时在保证螺旋桨激励力传递路径的基础上对推力轴承结构进行简化，图3为推力轴承结构和推力轴承内部橡胶减振器结构的有限元模型。图1整艇结构有限元模型Fig.1FEmodelofsubmarinestructure图2潜艇内部尾端结构有限元模型Fig.2FEmodelofinnerstructureofthesubmarine（stern）图3推力轴承结构有限元模型Fig.3FEmodelofthethrustbearing结构模型中螺旋桨材质为镍铝青铜，推力轴承橡胶减振器的材质为丁腈橡胶，其余部分的材质为钢，材料参数如表1所示。为了探讨推力轴承轴向减振器刚度对潜艇整艇结构振动和声辐射的影响，本文设计了4种工况，分别为不加减振器模型（原模型，橡胶减振器材料用钢代替）和改变减振器橡胶杨氏模量分别为6MPa，12MPa和100MPa的3种模型。表1材料参数Tab.1Parametersofmatericals材料钢镍铝青铜丁腈橡胶杨氏模量E/MPa206000110006；12；100泊松比v0.30.30.4999ρs/kg·m3密度78007600/第42卷王路才，等：推力轴承轴向刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响·7·
和轴系结构实体单元的整艇结构模型，为在激励力和振动传递的路径上采取减振降噪措施并预估其减振降噪效果，在推力轴承内部设置了轴向减振器，通过计算减振器具有不同轴向刚度时潜艇结构的振动和声辐射特性，分析了推力轴承轴向刚度对对潜艇结构振动与声辐射的影响；同时采用质量-弹簧-阻尼系统对轴系纵振模型进行简化，计算了轴系纵振第1阶固有频率，通过与潜艇结构振动与声辐射频响曲线的对比，进一步分析了推力轴承轴向刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响规律。得出如下结论：推力轴承轴向减振器的刚度主要影响轴系结构的第1阶纵振固有频率，√2从而影响潜艇结构的振动和声辐射特性，随着轴向减振器刚度的降低，轴系纵振第1阶固有频率逐步降低，并使轴系纵振第1阶固有频率附近及以下频段结构振动增大，在中高频段，降低减振器轴向刚度能够明显减小潜艇结构的振动和声辐射，且减振器轴向刚度越低，减振降噪效果越好。对于潜艇整艇结构而言，要想获得较好的减振降噪效果，在设计推力轴承轴向减振器时，螺旋桨正常工作时产生的轴向激励力的频率要高于潜艇轴系纵振的第1阶固有频率，且一般要高于轴系纵振第1阶固有频率的倍以上。参考文献：李生,曾文德,马建军,等.潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2014,38(6):1321–1324.LISheng,ZENGWende,MAJianjun,etal.Numericalcalculationofthedirectlyradiatednoiseofpropellerbehindsubmarine[J].JournalofWuhanUniversityofTechnology(TransportationScience&Engineering),2014,38(6):1321–1324.[1]张国良,俞翔,何其伟,等.舰船异常噪声振动的识别和消除研究[J].噪声与振动控制
【参考文献】：
期刊论文
[1]舰船异常噪声振动的识别和消除研究[J]. 张国良,俞翔,何其伟,翁雪涛,张潜. 噪声与振动控制. 2018(03)
[2]后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响[J]. 王路才,周其斗,杨常青. 中国舰船研究. 2018(01)
[3]船用大侧斜螺旋桨的噪声计算与分析[J]. 杨光,房毅,冯鹏飞. 舰船科学技术. 2018(01)
[4]螺旋桨非空泡噪声数值计算方法研究[J]. 张成,张大海,魏强. 舰船科学技术. 2016(09)
[5]舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性[J]. 俞强,王磊,刘伟. 中国舰船研究. 2015(06)
[6]潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算[J]. 李生,曾文德,马建军,杨琼方. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2014(06)
[7]加肋有限圆柱壳体的边界条件对其振动和声辐射的影响[J]. 王路才,周其斗,纪刚. 船舶力学. 2013(05)
[8]推进器激励的艇体辐射噪声及控制技术研究现状[J]. 谢基榕,沈顺根,吴有生. 中国造船. 2010(04)
[9]轴系纵振对双层圆柱壳体水下声辐射的影响研究[J]. 曹贻鹏,张文平. 船舶力学. 2007(02)
[10]静水压力作用的水下结构振动及声辐射[J]. 纪刚,张纬康,周其斗. 中国造船. 2006(03)
硕士论文
[1]轴系—艇体耦合系统振动声辐射分析与实验研究[D]. 李栋梁.上海交通大学 2012
本文编号：3574188
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(19)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
潜艇内部尾端结构有限元模型Fig.2FEmodelofinnerstructureofthesubmarine（stern）
和内部尾端结构的有限元模型，在本文的计算分析中，考虑了螺旋桨的直接辐射声，因此螺旋桨采用实体单元建模，整艇湿表面包含螺旋桨湿表面和艇体湿表面两部分，根据推力轴承的止推原理，并考虑到建模的方便，同时在保证螺旋桨激励力传递路径的基础上对推力轴承结构进行简化，图3为推力轴承结构和推力轴承内部橡胶减振器结构的有限元模型。图1整艇结构有限元模型Fig.1FEmodelofsubmarinestructure图2潜艇内部尾端结构有限元模型Fig.2FEmodelofinnerstructureofthesubmarine（stern）图3推力轴承结构有限元模型Fig.3FEmodelofthethrustbearing结构模型中螺旋桨材质为镍铝青铜，推力轴承橡胶减振器的材质为丁腈橡胶，其余部分的材质为钢，材料参数如表1所示。为了探讨推力轴承轴向减振器刚度对潜艇整艇结构振动和声辐射的影响，本文设计了4种工况，分别为不加减振器模型（原模型，橡胶减振器材料用钢代替）和改变减振器橡胶杨氏模量分别为6MPa，12MPa和100MPa的3种模型。表1材料参数Tab.1Parametersofmatericals材料钢镍铝青铜丁腈橡胶杨氏模量E/MPa206000110006；12；100泊松比v0.30.30.4999ρs/kg·m3密度78007600/第42卷王路才，等：推力轴承轴向刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响·7·
和轴系结构实体单元的整艇结构模型，为在激励力和振动传递的路径上采取减振降噪措施并预估其减振降噪效果，在推力轴承内部设置了轴向减振器，通过计算减振器具有不同轴向刚度时潜艇结构的振动和声辐射特性，分析了推力轴承轴向刚度对对潜艇结构振动与声辐射的影响；同时采用质量-弹簧-阻尼系统对轴系纵振模型进行简化，计算了轴系纵振第1阶固有频率，通过与潜艇结构振动与声辐射频响曲线的对比，进一步分析了推力轴承轴向刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响规律。得出如下结论：推力轴承轴向减振器的刚度主要影响轴系结构的第1阶纵振固有频率，√2从而影响潜艇结构的振动和声辐射特性，随着轴向减振器刚度的降低，轴系纵振第1阶固有频率逐步降低，并使轴系纵振第1阶固有频率附近及以下频段结构振动增大，在中高频段，降低减振器轴向刚度能够明显减小潜艇结构的振动和声辐射，且减振器轴向刚度越低，减振降噪效果越好。对于潜艇整艇结构而言，要想获得较好的减振降噪效果，在设计推力轴承轴向减振器时，螺旋桨正常工作时产生的轴向激励力的频率要高于潜艇轴系纵振的第1阶固有频率，且一般要高于轴系纵振第1阶固有频率的倍以上。参考文献：李生,曾文德,马建军,等.潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2014,38(6):1321–1324.LISheng,ZENGWende,MAJianjun,etal.Numericalcalculationofthedirectlyradiatednoiseofpropellerbehindsubmarine[J].JournalofWuhanUniversityofTechnology(TransportationScience&Engineering),2014,38(6):1321–1324.[1]张国良,俞翔,何其伟,等.舰船异常噪声振动的识别和消除研究[J].噪声与振动控制
【参考文献】：
期刊论文
[1]舰船异常噪声振动的识别和消除研究[J]. 张国良,俞翔,何其伟,翁雪涛,张潜. 噪声与振动控制. 2018(03)
[2]后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响[J]. 王路才,周其斗,杨常青. 中国舰船研究. 2018(01)
[3]船用大侧斜螺旋桨的噪声计算与分析[J]. 杨光,房毅,冯鹏飞. 舰船科学技术. 2018(01)
[4]螺旋桨非空泡噪声数值计算方法研究[J]. 张成,张大海,魏强. 舰船科学技术. 2016(09)
[5]舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性[J]. 俞强,王磊,刘伟. 中国舰船研究. 2015(06)
[6]潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算[J]. 李生,曾文德,马建军,杨琼方. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2014(06)
[7]加肋有限圆柱壳体的边界条件对其振动和声辐射的影响[J]. 王路才,周其斗,纪刚. 船舶力学. 2013(05)
[8]推进器激励的艇体辐射噪声及控制技术研究现状[J]. 谢基榕,沈顺根,吴有生. 中国造船. 2010(04)
[9]轴系纵振对双层圆柱壳体水下声辐射的影响研究[J]. 曹贻鹏,张文平. 船舶力学. 2007(02)
[10]静水压力作用的水下结构振动及声辐射[J]. 纪刚,张纬康,周其斗. 中国造船. 2006(03)
硕士论文
[1]轴系—艇体耦合系统振动声辐射分析与实验研究[D]. 李栋梁.上海交通大学 2012
本文编号：3574188
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