艦艇軸系縱振特性及基于磁流變彈性體的半主動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、螺旋槳是水面船舶和艦艇的主要推進(jìn)裝置。艦艇在水中運(yùn)動(dòng)，不可避免地在艉部形成不均勻的伴流場(chǎng)；螺旋槳在不均勻伴流場(chǎng)中工作會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)推力，經(jīng)推進(jìn)軸系、推力軸承及其基座傳遞到殼體，引起殼體產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而形成水下聲輻射。由螺旋槳脈動(dòng)推力引起的艇體振動(dòng)進(jìn)而輻射噪聲是艦艇輻射噪聲的重要來(lái)源，應(yīng)當(dāng)引起高度重視。因此，研究螺旋槳激勵(lì)力在推進(jìn)軸系中的傳遞規(guī)律及軸系振動(dòng)的內(nèi)在成因機(jī)理對(duì)軸系采取有效的振動(dòng)控制措施顯得尤為重要，是艉部激勵(lì)引起艦艇低頻振動(dòng)噪聲控制

2、的關(guān)鍵所在。本文深入研究了推進(jìn)軸系縱、橫向振動(dòng)及縱橫耦合振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性及參數(shù)影響規(guī)律；提出了軸系縱向振動(dòng)控制的半主動(dòng)控制措施；利用磁流變彈性體設(shè)計(jì)了一款磁流變彈性體半主動(dòng)式動(dòng)力吸振器對(duì)推進(jìn)軸系縱向振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)控制，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究以驗(yàn)證其移頻特性和吸振效果。具體內(nèi)容包括：
　　（1）簡(jiǎn)述潛艇推進(jìn)軸系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，運(yùn)用解析法推導(dǎo)出推進(jìn)軸系縱向和橫向振動(dòng)的固有頻率及振型，對(duì)推進(jìn)軸系縱向和橫向線性振動(dòng)特性進(jìn)行了分析。采

3、用彈性力學(xué)的方法，推導(dǎo)出推進(jìn)軸系縱橫耦合振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程；針對(duì)工程實(shí)際結(jié)構(gòu)，運(yùn)用有限單元法，建立了結(jié)構(gòu)的有限元分析模型；計(jì)算了推進(jìn)軸系縱橫耦合振動(dòng)的位移響應(yīng)，并對(duì)在不同激勵(lì)力水平、不同激勵(lì)頻率和極端載荷工況不同阻尼作用下的響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行了研究，為推進(jìn)軸系的減振降噪奠定了理論基礎(chǔ)。
　　（2）提出一種并聯(lián)安裝在推進(jìn)軸系上的磁流變彈性體動(dòng)力吸振器的設(shè)計(jì)理論方法，考慮了推進(jìn)軸系作為彈性連續(xù)體的情況下，采用模態(tài)截取和模態(tài)綜合法建立其推進(jìn)軸系

4、‐動(dòng)力吸振器混合動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)模型，對(duì)動(dòng)力吸振器設(shè)計(jì)參數(shù)的影響規(guī)律進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，介紹了制備磁流變彈性體的基本材料特性，基于偶極子模型對(duì)磁流變彈性體磁致剪切模量的微觀機(jī)理進(jìn)行了研究，得到了影響磁流變彈性體磁致剪切模量的各主要因素；同時(shí)，對(duì)磁流變彈性體的宏觀粘彈性力學(xué)模型進(jìn)行了研究，分析了外加磁場(chǎng)對(duì)其力學(xué)性能的影響。
　?。?）簡(jiǎn)述磁流變彈性體材料的制備過(guò)程，采用天然橡膠為基體制備了磁流變彈性體，測(cè)試了樣品的相關(guān)性能參數(shù)，并對(duì)試

5、驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合；利用磁流變彈性體剪切模量可調(diào)的性質(zhì)，設(shè)計(jì)了一款磁流變彈性體半主動(dòng)式動(dòng)力吸振器用于推進(jìn)軸系的縱向振動(dòng)控制，對(duì)該動(dòng)力吸振器的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)和電磁場(chǎng)分析，并對(duì)單個(gè)磁流變彈性體動(dòng)力吸振器的移頻特性和組合式磁流變彈性體動(dòng)力吸振器的吸振效果進(jìn)行了理論仿真分析。
　?。?）通過(guò)磁流變彈性體動(dòng)力吸振器的試驗(yàn)研究，對(duì)單個(gè)磁流變彈性體動(dòng)力吸振器的移頻特性和安裝在推進(jìn)軸系上的組合式磁流變彈性體動(dòng)力吸振器的吸振效果進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證