分布式双层隔振系统隔振性能及优化研究
Study on Performance of Vibration Isolation and Optimization of the Distribution Two-stage Vibration Isolation System
双层隔振系统是一种有效降低中高频振动的隔振措施,广泛应用于船舶、汽车、航天等领域.随着隔振技术发展,以较少中间质量以获得较好隔振效果成为一种研究趋势,但质量轻型化一体式中间机架一般会在中高频段带来较多弹性模态,使双层隔振系统隔振效果恶化.针对此问题,一种分布小质量块形式中间机架成为一种新选择.本文在前人研究的基础上,以分布式和整体式隔振系统为研究对象,设计制造了分布式和整体式双层隔振系统试验装置,通过理论分析和试验结合的方式对比研究了分布式和整体式隔振系统的隔振规律.主要研究内容如下:(1)设计一套分布式与整体式隔振系统试验装置,用于验证对比整体式和分布式隔振系统的隔振效果和传递特性.试验装置由上层结构、上下层隔振器、整体式和分布式中间质量、基础板系统组成.隔振系统激励源由激振器提供,通过移动激振器和质量块位置研究复杂激励下的传递情况.同时,在设计的隔振装置基础上对组成部分进行简化模型并研究其动力学特性,通过与试验结果和有限元分析对比验证,计算误差均在可控范围内.最后对使用隔振器的动刚度进行测试.(2)基于阻抗/导纳法,建立整体式和分布式隔振系统计算模型,以功率流为评价函数,分析研究整体式和分布式隔振系统在复杂条件下的传递特性.研究表明,上层结构偏心变化会使系统模态频率发生变化,并且在不同激励偏心条件下其模态受激发程度也不同;在质心激励下,上层结构对称系统在中频段的模态受激发程度明显,而随着结构偏心变大,激发程度减弱,即功率流幅值变小;在激励偏心较大时,随着结构偏心变大,系统模态受激发程度逐渐变明显,即功率流幅值变大;在上层结构对称情况下,随着激励偏心变大,分布式与整体式隔振系统在低频段功率流幅值变大,高频段幅值先变小后变大;而在上层结构偏心5%时,随着偏心激励变大,中高频段幅值先变小后变大,在上层结构偏心9%时,随着偏心激励变大,中高频段幅值逐渐变大.无论在对称系统还是在偏心系统中,分布式系统在全频段都优于整体式隔振系统,而且分布式系统对基础板模态也有明显抑制作用,且在减小分布式系统质量比时,当分布式系统质量比为20%时,两种系统在高频段幅值大致相当.对比两种不同质量分布块系统可知,安装8块15kg质量块分布系统幅值低于安装6块15kg的系统.(3)利用遗传算法工具包,对分布式对称系统分别安装4块15kg和6块15kg质量块的情况进行安装位置优化研究.研究表明,安装4块15kg质量块和安装6块15kg质量块时,随着安装位置越接近隔振系统中心,隔振效果越好,但对于两种隔振系统,优化结果最佳位置并不关于隔振系统中心对称,而存在一定偏心.(4)搭建整体式和分布式隔振系统试验装置,进行试验对比分析,研究整体式和分布式隔振系统受上层结构偏心变化、激励力偏心变化影响以及整体式和分布式系统同等条件下对比、减小分布式系统质量比条件下对比、不同质量分布块对比以及15kg分布块安装位置变化对比.研究表明,试验结果与理论计算在10-1000Hz频率段内分析谱线变化规律较为吻合.在结构、激励小偏心系统中,两种隔振系统隔振效果略有变好,在结构、激励大偏心系统中,两种隔振系统隔振效果变差.同等条件下分布式系统在50-1000Hz之间优于分布式系统8-9dB,说明在理论分析时将分布式质量块视为刚体是可行的,而在1000Hz以后,分布块出现模态频率,分布式隔振系统优势明显下降.当减小分布式系统质量比时,在分布式系统质量比为20%时,分布式与整体式系统质量比50%的隔振效果相当.对比不同安装位置的分布块系统,安装靠近中间时,隔振效果越好,但在工程实际中并不适用,因此要在满足工程安装条件下尽量靠中间安装以获得较好隔振效果.
- 作者：
- 张伟
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 轮机工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 周相荣
- 中图分类号：
- TB535
- 关键词：
- 隔振系统；分布质量块；小质量比；偏心影响；安装位置
- vibration isolation system; distribution blocks; little mass ratio; effect about decentration; installation position;