碳纤维复合材料浮筏隔振试验台设计与分析开题报告

 2021-08-14 02:34:31

1. 研究目的与意义(文献综述)

船舶的各种动力设备如主机、发电机、螺旋桨、空气压缩机、以及不同用途的泵等运行过程中都会引起船舶的振动,并产生噪声。船舶振动和噪声过不仅会影响机械设备的稳定性,导致船体和机械部件疲劳损坏,使船舶机械设备、仪器仪表等失效或失灵,造成巨大的经济损失,同时还会损害工作人员的身体健康。对于军事舰艇而言,振动和噪声过大严重影响其声隐身性能和战斗力,使其更容易被发现,因此,在军事领域,对振动噪声有着更高、更严格的要求。

为了降低船舶的振动和水下噪声辐射,必须对船内机械设备进行振动隔离,以抑制机器向船体的振动传递。目前常用的方法是在机器和船体之间安装隔振装置,先后发展了单层隔振系统、双层隔振系统和浮筏隔振系统。浮筏隔振系统是继双层隔振系统之后发展的一种新型隔振系统,它是由多台设备安装在一个公共的筏体上,中间筏体又安装在船体的基座上组成的减振降噪的装置。此装置的减振降噪机理是利用两层弹性元件的阻尼和中间质量的设计来控制并吸收、衰减弹性波,获得好的宽频带隔振效果。它的减振降噪不是通过减少振动噪声源,而是通过改变振动噪声传播途径,对整个动力系统的安装方式进行改进来达到减振降噪的目的。浮筏装置不仅可以有效的减少机器的振动能量传递到船体,提高舰船的隐蔽性,同时也可以节省机舱空间、减轻载重,提高舰船的作战能力。

在国外,浮筏隔振技术的试验研究已经比较成熟,在欧美以及前苏联等军事和造船技术发达的国家得到了广泛的应用。自20世纪50-60年代,美国首先将浮筏技术应用到舰船上,并使潜艇上的辐射噪声降低了30-40db。80年代初期,前苏联潜艇的隔振技术也发展的比较快,其新型的“鳖鱼”核潜艇和级潜艇的噪声降低到了60db。意大利lerici级(特里希级)玻璃钢猎雷艇、美军新型的“海狼”级核潜艇、英国的“特拉法尔加”级攻击型潜艇等也都采用浮筏隔振装置,获得了良好的隔振降噪效果。1997年,海军工程大学在国内首先成功研制了浮筏隔振装置,并将其成功的应用桂林漓江的“阳航301”豪华游船上,该浮筏系统在试验中测得的振级落差达到42db以上,现已可靠地运行多年。

在浮筏装置中,由于筏体面积大,不宜再像双层隔振系统那样把中间质量视为刚体,而应把它作为一个弹性结构,其非刚性和结构的固有特性对振传递率有很明显的影响。王国治、李良碧认为中间筏体刚度变化对整体隔振效果影响不大,提高筏体刚度对控制低频振动传递略微有利。张华良、傅志方等认为筏体刚度对中高频振动传递影响大。按体的局部刚度对隔振效果影响很大,提高隔器与按体连接点的刚度可以提高隔振效果。浮筏隔振中间筏体用于旁路由上层隔振器传递下来的结构噪声。所以要求中间筏体具有较高的阻尼,能有效地减振降噪,又要有足够的强度抗冲击和振动。使浮筏隔振装置具有良好的隔振效果,除选择具有良好隔振性能的上、下层隔振器外,中间筏体结构材料的选择至关重要。60年代采用钢结构并在不同部位敷贴粘弹性高阻尼材料,后发展到应用水泥混凝土、树脂水泥混凝土。80年代采用聚合物混凝土和钢结构 聚合物混凝土。而碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、良好的抗隔振设计效果;同时振动系统的阻尼能够有效地控制共振频率附近的振动,对隔振传递率有很明显的影响。碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、良好的抗疲劳性和抗腐蚀性等优点,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度,目前已广泛应用于航空航天等领域。碳纤维复合材料浮筏在筏架轻量化和隔振效果上有重要的意义。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容和目标

基于浮筏隔振技术的基本原理,设计碳纤维复合材料浮筏隔振试验台,包括相关的结构设计计算,完成装配图和零件图;用ansys分别对碳纤维复合材料中间筏体和钢结构中间筏体建立有限元模型,并且分析其固有振动特性、隔振效果,为隔振设计提供参考。具体的研究内容有:

(1)阅读相关文献,了解国内外浮筏隔振系统的研究概况,总结中间筏体有关参数对隔振效果的影响,选用合适的研究方法;

(2)研究浮筏隔振系统各部件的有限元建模方法,特别是中间筏体的建模方法;

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3. 研究计划与安排

第1-2周,收集查阅与设计题目相关的资料,选定需要翻译的外文资料;

第3-4周,拟定设计方案,完成开题报告,进行外文资料的翻译;

第5-6周,进行计算与分析,完成装配图的初步设计;

第7-8周,进行非标准零件的设计计算,标准件的选用;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]巫影.浮筏减振降噪理论研究及仿真[d].武汉理工大学,2002.

[2]殷学文.(多层复合)圆柱壳体的振动和声辐射研究[d].上海交通大学,2008.

[3]曹水.“浮筏双层隔振装置”通过技术鉴定[j].海军工程学院学报,1997,02:14.

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