本發(fā)明涉及船舶減振降噪技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種浮筏隔振裝置筏架結(jié)構(gòu)有效機(jī)械阻抗的確定方法。

背景技術(shù)：

浮筏隔振裝置是船舶上機(jī)械設(shè)備及機(jī)組隔振設(shè)計的重要措施和水下輻射噪聲控制的有效手段，而安裝機(jī)械設(shè)備的筏架結(jié)構(gòu)是整個浮筏系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。在浮筏筏架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有效機(jī)械阻抗是一項(xiàng)非常重要的設(shè)計參數(shù)。筏架有效機(jī)械阻抗直接影響著浮筏裝置的隔振效果，從而也影響著整體系統(tǒng)的振動噪聲水平。目前船舶上應(yīng)用浮筏隔振裝置的減振降噪效果不一，主要是因?yàn)閷Ψぜ茏杩沟葎恿W(xué)特性沒有完全掌握的前提下就進(jìn)行結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計，因此需要在方案階段就需要對筏架阻抗進(jìn)行定量設(shè)計。若筏架有效機(jī)械阻抗參數(shù)初期就設(shè)計不合理，則后期結(jié)構(gòu)定型設(shè)備安裝后振動通過隔振裝置后的傳遞和分配將變得不合理，因此將可能存在基座結(jié)構(gòu)振動過大和水下輻射噪聲超標(biāo)等嚴(yán)重問題。

現(xiàn)有技術(shù)中，浮筏隔振裝置分析方法中筏架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，或者在多體動力學(xué)分析中被作為剛體處理而忽略其彈性特征，或者被作為彈性體進(jìn)行數(shù)值建模分析，因此在方案設(shè)計階段筏架結(jié)構(gòu)還沒有完全定型時其有效機(jī)械阻抗往往無法準(zhǔn)確獲得。如果方案階段筏架有效機(jī)械阻抗設(shè)計不合理而很可能會出現(xiàn)隔振效果不明顯的現(xiàn)象，則需要后期不斷修改詳細(xì)設(shè)計階段的圖紙后進(jìn)行迭代計算或者對筏架結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部加強(qiáng)改造，而最終得到滿足技術(shù)要求的設(shè)計型式。這樣整個設(shè)計過程需要不斷修改模型和分析計算，耗費(fèi)較大的人力物力，同時導(dǎo)致設(shè)計周期加長，設(shè)計方法也沒有較強(qiáng)的針對性和前瞻性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請人針對上述現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種浮筏隔振裝置筏架結(jié)構(gòu)有效機(jī)械阻抗的確定方法，從而在方案設(shè)計階段筏架具體結(jié)構(gòu)還沒完全明確時，依據(jù)筏架結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計參數(shù)，通過計算筏架共振頻率和等效質(zhì)量后由工程公式計算得到有效機(jī)械阻抗。此確定方法省去結(jié)構(gòu)建模過程，達(dá)到快速評估計算有效機(jī)械阻抗的目的。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種浮筏隔振裝置筏架結(jié)構(gòu)有效機(jī)械阻抗的確定方法，其特征在于：包括如下步驟：

第一步：分析獲取筏架結(jié)構(gòu)的初始計算參數(shù)；

第二步：計算筏架的第一階共振頻率；

第三步：計算筏架的等效質(zhì)量

第四步：計算每臺設(shè)備振動輸入位置處筏架有效機(jī)械阻抗。

其進(jìn)一步技術(shù)方案在于：

第一步中，初始計算數(shù)據(jù)包括：筏架質(zhì)量，幾何尺寸(筏架長、寬、高，面板尺寸，加強(qiáng)筋尺寸及間距)，機(jī)械設(shè)備安裝位置，設(shè)備隔振器數(shù)量；

第二步中，首先計算筏架等效為梁的第一階彎曲共振頻率，如式(a)所示：

式中，mr——筏架質(zhì)量(包含剛性安裝在筏架上的設(shè)備質(zhì)量)；

lr——筏架長度；α＝3.57(通常條件下的筏架長寬比)；

imin——筏架垂直長度方向橫剖面最小慣性矩；

e——筏架材料楊氏模量；

然后計算筏架等效為平板的第一階固有頻率，如式(b)所示：

frh＝0.6hc(1/b²+1/l²)(b)

式中，c—筏架材料縱波波速，h—筏架支撐面板厚度，b—浮筏支撐面板寬度，l—筏架相鄰橫肋距離；

步驟三，計算筏架的等效質(zhì)量；

第一階彎曲共振頻率筏架等效質(zhì)量(模態(tài)質(zhì)量)按式(c)計算：

me＝0.7mr(c)

每臺設(shè)備下筏架等效質(zhì)量按式(d)計算：

式中，xi,yi—第i臺設(shè)備在筏架平面內(nèi)的投影坐標(biāo)；

步驟四，計算每臺設(shè)備振動輸入位置處筏架有效機(jī)械阻抗；

有效機(jī)械阻抗⁰zr使用對數(shù)形式z表示：

在頻率f-阻抗z坐標(biāo)系中確定各頻段有效阻抗值：分別以⁰zr＝ωmei、⁰zr＝ωme確定直線ae、bf；按式(a)、分別確定直線cd起始頻率和阻抗數(shù)值；在頻率fr時直線bf上截取點(diǎn)m，在低于m點(diǎn)16db處取點(diǎn)n；在頻率1.6fr時直線bf上截取點(diǎn)o；從點(diǎn)n引一條斜率-12db/oct直線交ae于點(diǎn)p，頻率值為f1；連接點(diǎn)apnocd折線即為有效輸入阻抗z；阻抗z經(jīng)⁰zr＝4×10^-2×10^0.05z換算得到各頻段阻抗值；

即每臺設(shè)備振動輸入位置處的分頻率筏架有效機(jī)械阻抗為：

1)5hz～f1頻段內(nèi)：⁰zr＝2πfmein·s/m；

2)f1～fr頻段內(nèi)：

3)fr～1.6fr頻段內(nèi)：⁰zr＝1×10⁵×(z3)^5lgf-9.44，其中

4)1.6fr～frh頻段內(nèi)：其中

5)高于frh頻段內(nèi)：

其進(jìn)一步技術(shù)方案在于：

所述筏架的安裝結(jié)構(gòu)為：包括基座，所述基座的上部通過多個第二彈簧安裝筏架，所述筏架的頂部通過多個第一彈簧安裝多個設(shè)備。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了在方案設(shè)計階段筏架結(jié)構(gòu)沒有設(shè)計定型的情況下，僅根據(jù)筏架初步方案設(shè)計尺寸等參數(shù)，就可以定量快速估算其有效機(jī)械阻抗等動力學(xué)特性的方法，從而為浮筏結(jié)構(gòu)的后續(xù)詳細(xì)設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)；

(2)本發(fā)明方法與筏架設(shè)計傳統(tǒng)分析方法相比，僅需計算筏架簡化模型共振頻率和等效質(zhì)量就可再通過工程公式計算得到其有效機(jī)械阻抗，不僅省去傳統(tǒng)分析方法中結(jié)構(gòu)建模和仿真分析流程而省時省力，而且設(shè)計初期就可定量設(shè)計阻抗而摒棄了傳統(tǒng)方法的盲目性，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計中更具科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性；

(3)本發(fā)明方法設(shè)計流程清晰、操作明確，具有很大的實(shí)用價值，可以依據(jù)此方法設(shè)計浮筏動力學(xué)特性圖譜在工程中推廣應(yīng)用，因而可以大幅提高整個結(jié)構(gòu)和聲學(xué)設(shè)計的效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

圖2為本發(fā)明浮筏隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明浮筏有效阻抗確定方法圖。

圖4為本發(fā)明浮筏筏架的俯視圖。

圖5為圖4中沿a-a截面的剖視圖。

圖6為圖4中沿b-b截面的剖視圖。

圖7為本發(fā)明確定的筏架有效機(jī)械阻抗值。

其中：1、設(shè)備；2、第一彈簧；3、筏架；4、第二彈簧；5、基座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，本實(shí)施例的一種浮筏隔

振裝置筏架結(jié)構(gòu)有效機(jī)械阻抗的確定方法，其特征在于：包括如下步驟：

第一步：分析獲取筏架結(jié)構(gòu)的初始計算參數(shù)；

第二步：計算筏架的第一階共振頻率；

第三步：計算筏架的等效質(zhì)量

第四步：計算每臺設(shè)備振動輸入位置處筏架有效機(jī)械阻抗。

第一步中，初始計算數(shù)據(jù)包括：筏架質(zhì)量，幾何尺寸(筏架長、寬、高，

面板尺寸，加強(qiáng)筋尺寸及間距)，機(jī)械設(shè)備安裝位置，設(shè)備隔振器數(shù)量；

第二步中，首先計算筏架等效為梁的第一階彎曲共振頻率，如式(a)所示：

式中，mr——筏架質(zhì)量(包含剛性安裝在筏架上的設(shè)備質(zhì)量)；

lr——筏架長度；α＝3.57(通常條件下的筏架長寬比)；

imin——筏架垂直長度方向橫剖面最小慣性矩；

e——筏架材料楊氏模量；

然后計算筏架等效為平板的第一階固有頻率，如式(b)所示：

frh＝0.6hc(1/b²+1/l²)(b)

式中，c—筏架材料縱波波速，h—筏架支撐面板厚度，b—浮筏支撐面板寬度，l—筏架相鄰橫肋距離；

第三步中，第一階彎曲共振頻率筏架等效質(zhì)量(模態(tài)質(zhì)量)按式(c)計算：

me＝0.7mr(c)

每臺設(shè)備下筏架等效質(zhì)量按式(d)計算：

式中，xi,yi—第i臺設(shè)備在筏架平面內(nèi)的投影坐標(biāo)；

第四步中，有效機(jī)械阻抗⁰zr使用對數(shù)形式z表示：

在頻率f-阻抗z坐標(biāo)系中確定各頻段有效阻抗值：分別以⁰zr＝ωmei、⁰zr＝ωme確定直線ae、bf；按式(a)、分別確定直線cd起始頻率和阻抗數(shù)值；在頻率fr時直線bf上截取點(diǎn)m，在低于m點(diǎn)16db處取點(diǎn)n；在頻率1.6fr時直線bf上截取點(diǎn)o；從點(diǎn)n引一條斜率-12db/oct直線交ae于點(diǎn)p，頻率值為f1；連接點(diǎn)apnocd折線即為有效輸入阻抗z；阻抗z經(jīng)⁰zr＝4×10^-2×10^0.05z換算得到各頻段阻抗值；

即每臺設(shè)備振動輸入位置處的分頻率筏架有效機(jī)械阻抗為：

5hz～f1頻段內(nèi)：⁰zr＝2πfmein·s/m；

f1～fr頻段內(nèi)：

fr～1.6fr頻段內(nèi)：⁰zr＝1×10⁵×(z3)^5lgf-9.44，其中

1.6fr～frh頻段內(nèi)：其中

高于frh頻段內(nèi)：

筏架3的安裝結(jié)構(gòu)為：包括基座5，所述基座5的上部通過多個第二彈簧4安裝筏架3，所述筏架3的頂部通過多個第一彈簧2安裝多個設(shè)備1。

實(shí)施例一：

本發(fā)明的一種浮筏隔振裝置筏架結(jié)構(gòu)有效機(jī)械阻抗的確定方法，有效機(jī)械阻抗確定是：先等效筏架為簡化模型后計算其共振頻率，確定頻段劃分范圍；然后計算筏架等效質(zhì)量后根據(jù)工程公式計算分頻段阻抗值。以一方案設(shè)計階段浮筏為例，應(yīng)用本發(fā)明方法，詳細(xì)說明有效機(jī)械阻抗的計算過程。

一種浮筏隔振裝置筏架結(jié)構(gòu)有效機(jī)械阻抗的確定方法，方法流程圖如圖1所示，包括以下幾個步驟：

步驟一，分析獲取筏架結(jié)構(gòu)的初始計算參數(shù)；

浮筏隔振系統(tǒng)組成如圖2所示，某方案設(shè)計階段的某一筏架結(jié)構(gòu)如圖4、圖5和圖6所示，初始計算數(shù)據(jù)包括：

筏架質(zhì)量mr＝1833kg，幾何尺寸(筏架長lr＝4.2m、寬br＝2.1m、相鄰加強(qiáng)肋骨或加固件間距離l＝0.45m，浮筏支撐面板寬度b＝1.2m，浮筏支撐面板厚度h＝0.012m)，筏架結(jié)構(gòu)材料密度ρ＝7800kg/m³，筏架材料楊氏模量e＝2.1*10¹¹n/m²，筏架垂直長度方向橫剖面最小慣性矩imin＝0.000312m⁴，機(jī)械設(shè)備安裝位置(第i臺設(shè)備重心在筏架平面內(nèi)的投影坐標(biāo)xi＝0.35，yi＝0.8)，設(shè)備隔振器數(shù)量ni＝4等。

步驟二，計算筏架的第一階共振頻率；

首先計算筏架等效為梁的第一階彎曲共振頻率，如式(f)所示。

式中，mr——筏架質(zhì)量(包含剛性安裝在筏架上的設(shè)備質(zhì)量)；

lr——筏架長度；α＝3.57(通常條件下的筏架長寬比)；

imin——筏架垂直長度方向橫剖面最小慣性矩；

e——筏架材料楊氏模量。

此頻率fr即為自由梁彎曲振動的第一階固有頻率。

然后計算筏架等效為平板的第一階固有頻率，無中面力作用的簡支薄板固有頻率可表示為式(g)所示：

式中，

第(1,1)階板振動模態(tài)頻率為式(h)，即高于此頻率筏架有效輸入阻抗等效為局部板振動時的阻抗。

frh＝0.6hc(1/b²+1/l²)＝210hz(h)

式中，c—筏架材料縱波波速；h—筏架面板厚度；b—筏架相鄰縱桁距離；l—筏架相鄰橫肋距離。

步驟三，計算筏架的等效質(zhì)量；

第一階彎曲共振頻率筏架等效質(zhì)量(模態(tài)質(zhì)量)按式(i)計算：

me＝0.7mr＝1318kg(i)

每臺設(shè)備下筏架等效質(zhì)量按式(j)計算：

式中：xi,yi—第i臺設(shè)備在筏架平面內(nèi)的投影坐標(biāo)。

步驟四，計算每臺設(shè)備振動輸入位置處筏架有效機(jī)械阻抗。

有效機(jī)械阻抗⁰zr使用對數(shù)形式z表示：

在頻率f-阻抗z坐標(biāo)系中確定各頻段有效機(jī)械阻抗值，如圖4所示：分別以⁰zr＝ωmei、⁰zr＝ωme確定直線ae、bf；按式(a)、分別確定直線cd起始頻率和阻抗數(shù)值；在頻率fr時直線bf上截取點(diǎn)m，在低于m點(diǎn)16db處取點(diǎn)n；在頻率1.6fr時直線bf上截取點(diǎn)o；從點(diǎn)n引一條斜率-12db/oct直線交ae于點(diǎn)p，頻率值為f1；連接點(diǎn)apnocd折線即為有效輸入阻抗z；阻抗z經(jīng)⁰zr＝4×10^-2×10^0.05z換算得到各頻段阻抗值。

每臺設(shè)備振動輸入位置處的分頻率筏架有效機(jī)械阻抗為：

1)5hz～f1頻段內(nèi)：⁰zr＝2πfmei＝4647fn·s/m；

2)f1～fr頻段內(nèi)：

3)fr～1.6fr頻段內(nèi)：⁰zr＝1×10⁵×(z3)^5lgf-9.44，其中

4)1.6fr～frh頻段內(nèi)：其中

5)高于frh頻段內(nèi)：

本發(fā)明筏架有效機(jī)械阻抗的頻率分段點(diǎn)采用把筏架結(jié)構(gòu)等效簡化計算共振頻率的方法獲得。

本發(fā)明提出了僅依據(jù)筏架結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計參數(shù)和無需建模分析，就可快速評估計算得到筏架有效機(jī)械阻抗的方法。

如圖4、圖5和圖6所示，是一方案設(shè)計階段的某浮筏筏架俯視及橫剖面示意圖，將筏架按照步驟一獲取初始計算參數(shù)后，帶入步驟二中計算頻率分段點(diǎn)(也即共振頻率)，再經(jīng)步驟四計算等效質(zhì)量后，按照步驟四中的流程得到筏架有效機(jī)械阻抗值，如圖7所示。

以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利要求，在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，可以作任何形式的修改。