基于橡胶包钢颗粒阻尼的舰船轴系纵振抑制研究

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在船舶机械工程中,轴系纵振抑制研究始终是一个热点问题,其目标在于探讨合适的方法或技术最大限度地抑制有害振动。限于舰船轴系结构、空间等条件的复杂性,轴系纵振抑制水平远未达到理想效果,仍需开拓解决轴系纵振的新方法、新措施、新技术。颗粒阻尼技术是一种新型阻尼减振技术,在振动控制领域取得了卓越成效,但在舰船轴系纵振抑制中的应用鲜有报道。本文尝试应用颗粒阻尼技术抑制轴系纵向振动,通过离散元仿真和和模拟试验,研究颗粒阻尼的纵振抑制机理以及相关参数对纵振抑制的影响规律。主要研究工作和结论如下:
  (1)分析了颗粒特性及其阻尼特性,确定以橡胶包钢复合材料颗粒为研究对象。采用离散元法进行颗粒阻尼的仿真计算,确定了仿真计算时的接触模型和时间步长。使用高速摄像机,进行了颗粒恢复系数测试试验,求出颗粒的阻尼系数。
  (2)进行了颗粒阻尼特性及能耗仿真计算,分析了颗粒的运动状态、力学性能、阻尼特性,以及振动环境、运动响应及阻尼器结构等对系统能耗的影响规律。同时,仿真模拟了颗粒群在轴系腔体内的运动状态,分析了颗粒群在运动过程中的速度变化和分布状况。
  (3)应用L8(27)正交表安排二水平试验点,通过二次回归正交组合设计,建立了颗粒阻尼减振特性的回归模型,研究系统能耗的变化规律。进行定量分析,根据回归方程绘制响应曲线,结果表明:颗粒粒径、质量填充比和腔体轴向长度这三者两两间都有着不同程度的交互作用。利用非线性优化理论与方法对所得的回归模型进行优化,得到了颗粒阻尼设计最优的参数组合方案。
  (4)进行了非旋转和旋转条件下的颗粒减振比试验研究,研究颗粒在实际试验中的运动状态,分析了颗粒的尺寸、质量填充比、腔体轴向长度、激振的频率和位移、转速等参数对系统纵振抑制的影响规律。结果表明:转速、质量填充比和腔体轴向长度对系统减振比有显著的影响,颗粒粒径、激励频率和振幅对系统减振效果影响较为一般。颗粒的运动状态会影响颗粒群内部、颗粒与壁面间的碰撞与摩擦,是影响系统振动能量消耗和纵振抑制的重要因素。
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