纵向共振转换器推力轴承对船体结构振动噪声的影响研究

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在推力轴承上附加具有动力调谐作用的共振转换器,能通过控制推力轴承处的振动传递达到控制推进轴系纵向振动的目的,该结构可称为共振转换器推力轴承。实验室条件下难以模拟艇体弹性边界,因此通常采用推进轴系在刚性边界条件下的振动特性设计共振转换器推力轴承的结构参数,并对其减振效果进行评价。由于推进轴系与艇体之间的耦合作用不可忽略,为推广共振转换器推力轴承的工程化应用,分析其在艇体弹性边界条件下的减振效果及其对船体结构水下低频辐射噪声的影响显得尤为重要。
  本文建立船体结构以及共振转换器推力轴承的有限元模型,结合相关理论,采用数值仿真方法,研究共振转换器推力轴承在船体结构中的振动噪声问题,具体内容包括船体结构振动特性分析、共振转换器推力轴承对船体结构振动噪声特性的影响分析以及共振转换器推力轴承对各轴承处传递的振动能量的影响分析。
  首先基于共振转换器推力轴承的减振原理,说明在进行有限元建模时应采用的单元类型。采用有限元耦合声学边界元法,分析刚性边界条件与艇体弹性边界条件下推进轴系的振动特性,探讨推进轴系与艇体之间的耦合作用对共振转换器推力轴承结构参数设计的影响。推进轴系纵向振动对艇体振动特性的影响在其固有频率处占主导地位,共振转换器推力轴承可通过控制推进轴系传递至艇体的振动进而控制艇体产生的水下低频辐射噪声。
  接着通过研究共振转换器推力轴承对船体结构振动响应和辐射噪声的影响,分析振动与噪声之间存在的关系以及共振转换器推力轴承的减振降噪机理。研究结果表明,艇体的振动与辐射噪声变化趋势和推力轴承处振动的变化趋势相同;按照刚性边界条件设计的共振转换器推力轴承应用于船体结构时,能消减艇体振动噪声的峰值,具有减振降噪的效果;可将共振转换器推力轴承对船体结构声振特性的影响分为刚度区、反共振区和质量区。
  改变共振转换器结构参数、推力轴承纵向刚度以及艇体外壳厚度,分析艇体振动和辐射噪声的变化规律,预报各结构参数变化对共振转换器推力轴承减振降噪效果的影响。研究结果表明,增大共振转换器的质量比、降低推力轴承纵向刚度以及增加船体外壳厚度对减振降噪有积极的作用。
  最后采用基于有限元法的功率流法,从能量传递的角度解释了共振转换器推力轴承对推进轴系传递至艇体振动产生影响的原因。研究结果表明,共振转换器消耗了推进轴系传递至艇体的振动能量并且重新分配了各轴承传递至艇体的振动能量。
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