舰船艉部振动控制方法研究

发布时间：2020-10-12 02:31

　　 随着舰船的现代化设计不断向着轻量化、大型化以及快速化方向发展,船体产生的振动问题也是越来越严重。尤其对于船体艉部部分,由于船舶的螺旋桨和动力设备通常会布置在船艉,导致船体艉部的振动激励过大从而引起较为严重的振动问题。因此对于船体艉部的振动特性和振动治理方法研究已经成为船舶工程研究中的热点和重点。面对日益严峻的振动问题通过被动式的振动治理方法已渐渐不能满足船舶工程的要求。基于以上的船体振动背景,本文对某舰船的艉部振动特性展开研究,并对其进行相关的振动治理方法研究,也为今后的船艉振动治理方法研究提供一定的参考。本文通过理论分析和数值计算的研究方法对某舰船的艉部振动特性进行相关研究,并在该基础上展开针对艉部振动的治理方法研究。首先本文建立了艉部的变截面组合梁系统,并通过迁移矩阵方法从理论的方法推导了艉部的整体振动解析解。然后通过有限元软件建立艉部的梁模型、艉部三维模型以及船体混合模型三种有限元模型,计算该船体艉部舱段的振动模态并对比不同模型的计算结果差异。对于船体附连水质量施加问题,本文采用声固耦合法来实现船体附连水质量的仿真施加,并将其计算的艉部舱段振动模态与经典的刘易斯附连水质量理论计算施加所计算的艉部舱段振动模态进行对比。通过在艉部舱段有限元模型上施加计算计算得到的螺旋桨激振励,计算分析在螺旋桨激励下该船艉部的振动响应,并利用船舶相关的振动标准评价艉部的振动响应情况。本文在研究分析该船的艉部振动特性的基础上,结合其他工程业界的振动治理方法,提出了两种关于的艉部振动治理方法,分别是通过动力吸振器来治理艉部的整体模态振动问题和通过磁流变立柱治理艉部的局部甲板振动响应问题。动力吸振器在建筑工程中应用较多,其工作机理是主要是依靠附着于主系统的从系统的质量的动力作用,将主体系统的振动转移到从系统质量块上从而实现减小主系统振动的目的。本文较为详细的介绍了动力吸振器的基本原理,并设计了针对艉部模态前两阶模态治理的船用动力吸振系统,该系统包括基座结构、弹簧阻尼器以及吸振质量块,并以相关设计规范为基础,以工程实际应用角度设计了整个系统包括各个参数以及构件之间的连接形式。磁流变立柱是本文提出的一种用于治理舰船艉部甲板振动过大问题的船用治振新方法,该治振系统以磁流变减振器为其核心元件,通过将其与船体立柱进行合理的结构设计结合,形成一种可以船体甲板振动变化作出相应措施的减振系统。本文较为详细的介绍了核心构件磁流变减振器的理论基础和工作机理,并研究了其工作性能与外部电流的关系,并以船体设计相关规范为依据,设计出了针对艉部某个舱段的磁流变减振立柱结构,主要设计内容包括立柱结构、弹簧结构、磁流变阻尼器以及连接形式设计。本文利用有限元仿真计算了所设计的动力吸振器和磁流变减振立柱对艉部振动和艉部甲板振动的治理效果,通过仿真计算验证了两种振动治理方法对的有效性。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U674.7
【部分图文】：

一近代以来针对船舶振动问题的研宄一直是船舶工程界的热点。尤其在近十轻量化设计和舰船航行速度的不断提升，舰船的振动问题也越来越严重。考虑不周，甚至会严重影响到舰船的正常工作⑴。??目前船舶振动问题越来越严重的主要原因大致可分为两方面：第一方舰船主尺度不断增大的同时，也在致力于舰船轻量化设计。因此在舰船计较轻的钢材料，但这样的船体设计会降低船体的结构刚度；第二方面随着求不断提高，需要不断增加主机和推进装置的工作功率，从而导致由机械振力也不断增大。船舶的艉部振动过大不仅会影响到船体艉部设备的正常会导致船体结构过度疲劳产生破坏［２］。因此关于船舶艉部的振动问题研宄也由于目前大部分的舰船设计中，都会将其推进装置放置于船舶艉部下艉部是需要直接承受来自螺旋桨工作时产生的激振力，加之船舶艉部的型缩型，其结构刚度与舯部相比会小很多。因此艉部舱段是相较于其他舱段严重的振动问题。因此，如何解决船舶的艉部振动问题是目前船体振动究热点，对船舶工程业具有重大意义。???

哈尔滨工程大学硕士学位论文??技术［２５］。目前的主动或半主动控制都是在经典的被动控制方法中，制算法实现被动到主动的转变。??在实际工程应用中，对阻尼调节相对于刚度调节更为容易，因的时采取阻尼控制的方法实现动态制振，关于可控阻尼器的研宄也究热点之一。对于阻尼制振方法，可以通过引入主动控制理论来调统的动态制振性能。阻尼主动控制技术常用的方法是在作动器上使程研宄较多的智能材料有压电类材料、磁流变液等［２６］。在实际应用通过两种方法实现，一是改变阻尼器中阀口的开合大小；另一种是系数。其中改变阀口大小的方法可以通过采用电磁或电液技术来实大且复杂的结构形式，而且阀口开合过程容易出现卡顿等机械故障的粘度系数渐渐成为阻尼控制的热点研宄。随着材料研宄的发展，层出不穷己成为半主动振动控制的研究这点方向［２７］。??

而国内目前关于磁流变应用的研宄也在高速发展阶段。哈尔滨工业大学的欧进萍等人研发设计出了最大阻尼出力可以达到１８０ｋ?Ｎ的足尺磁流变减振器土木结构的振动控制，并最终成功安装在山东滨州的公路大桥上１４３］。哈尔滨工姚熊亮、邓忠超、田正东等人开展了在船舶工程领域中的磁流变减振器试验研了磁流变技术在船舶冲击振动方面的可行方案［４４４５］。天津大学李忠献、徐龙河磁流变液材料性能特性的相关研宄并总结出磁流变减振器的磁路设计原则，并础上研发出了双出杆剪切阀式磁流变减振器１４６］。武汉理工大学的瞿伟廉研发出了尼出力可以达到５００ｋＮ的磁流变减振器ＰＩ，这样的出力大小在世界上都处于较领先的地位。南京航空航天大学的郭大蕾以及江苏大学的陈龙和重庆大学的人先后都积极开展关于磁流变减振器在车辆悬架半主动控制方面的应用研宄［４８］。内还有学者及研发人员通过对磁流变减振器进行有限元分析，为减振器的结构析提供仿真理论方面的依据。??１．４本文研究内容??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李建璜;何永前;张新华;林新荣;;某型舰艉部振动故障原因及措施[J];中国修船;2009年05期

2 金咸定,傅敬华,胡常云;某高速舰艇主机改装的艉部振动响应预报[J];上海交通大学学报;1997年11期

3 李昌龙 ,庄和埙 ,甘列松;双桨平底船尾振原因剖析[J];舰船科学技术;1986年01期

4 梅永娟;曹志岗;杨德庆;金咸定;;改装舰艇艉部振动数值预报方法[J];噪声与振动控制;2013年02期

5 刘西安;吴广明;李伟杰;;直叶桨型科考船艉部振动[J];船海工程;2017年06期

6 毛震亚;护卫舰在初步设计阶段对艉部振动问题的若干考虑[J];舰船科学技术;1985年11期

7 金咸定,成学明;舰船的艉部振动与动力吸振器减振[J];上海交通大学学报;1997年02期

8 李俊,金咸定,王宏;减小船体艉部振动的动力吸振器研究[J];中国造船;2001年02期

9 黄孟浩 ,马佐璋 ,肖熙 ,高宪智;“避振穴”对减小快艇艉部振动效能的试验研究[J];舰船科学技术;1980年07期

10 李昌龙 ,庄和埙 ,甘列松;大功率双桨船的一种新型减振装置——钟形减振穴[J];舰船科学技术;1985年04期

相关硕士学位论文 前2条

1 董涵;舰船艉部振动控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2019年

2 张强;1000吨一级成品油船艉部振动减振研究[D];大连理工大学;2018年

本文编号：2837500