基于CFRP材料的浮筏隔振系统设计与分析开题报告
2020-02-20 08:02
1. 研究目的与意义（文献综述）
舰艇向着快速化与大型化的不断发展带来了运转设备的高速化以及工程结构的轻薄化，这使得舰艇振动的问题更加突出，舰艇振动可能引起舰艇乘员的生活环境恶化、增大舰艇的水下噪声、以及影响一些精密设备的正常工作等等一系列问题，因此如何对振动加以控制始终是各国学者所关心的问题。浮筏隔振技术是目前一种非常常用的隔振手段，所谓的浮筏系统，是指将多组动力设备弹性或刚性安装在同一个筏架上，再将筏架弹性安装在基座上所组成的一个减振降噪系统，其具有的“质量效应”、“自调谐效应”与“混抵效应”可以提高隔振效率、减少附加重量。
在国外对于浮筏隔振系统已经有几十年的研究历史。1980年goyder,h.g.d.和 white, r. g. [1-3]第一次提出了关于隔振系统的振动传递功率流的观点。hanser c h[4]等首先应用子系统导纳综合法建立了船段板式浮筏系统模型，并在此基础上研究了系统的功率流传递特性。watters，b.g 等[5]将一种电磁式的主动作动装置应用于主动隔振平台中，在 20~100hz 频率范围内，采用主动控制振动的方式可以将传递到基础的力降低 20db。mak. cm等人[6]通过功率流作为评定标准，研究了浮筏隔振系统中主动隔振器在筏架上安装位置对固有频率的影响，并提出了提出了实时测量并自动搜索隔振器的最佳安装位置的算法，wang z等人[7]通过四端参数矩阵法建模，研究了周期性结构浮筏隔振系统中的功率传输，并通过优化结构集合参数，增大了隔振系统的工作带宽。sun hongling[8]研究了具有弹性基础的单层、双层及浮筏隔振系统的隔振性能，分析不同隔振系统与弹性基础的耦合特性。
我国对于浮筏装置的研究从上世纪80年代才开始。严济宽[9]、华宏星[10]、张华良[11]等对浮筏隔振系统的参数设计和影响隔振效果的因素进行了初步探讨研究，对浮筏隔振系统的设计提供一定的参考指导作用。祝华[12]等建立了浮筏装置的力学模型,并提出了模态阻抗综合法的建模方法。邵汉林等[13]基于信号能量的观点,分析了用振级落差评定浮筏隔振装置多扰动特性和多向隔振特性的原理,提出了能量叠加的评定方法,并用实测数据进行了验证。吴广明[14]釆用多刚体法推导了考虑隔振器刚度，阻尼比及中间质量影响的浮筏系统功率流传递公式。
2. 研究的基本内容与方案
| 2、基本内容和技术方案 基本内容 （1）查阅文献了解浮筏隔振装置的基本原理； （2）根据动力设备特征/接口和隔振系统要求设计浮筏隔振装置具体结构； （3）运用Solidworks等相关CAD软件进行浮筏系统结构设计； （4）完成浮筏隔振系统装配图和零件图的设计； （5）查阅文献了解CFRP的材料特性并完成铺层方案设计； （6）采用隔振理论分析隔振系统效果； （7）采用abaqus等有限元软件结合机械动力学基础对所设计的浮筏隔振装置进行参数化建模和仿真分析计算，并根据结果改进铺层方案； （8）整理资料，完成毕业论文的写作，准备好答辩工作； （9）完成毕业论文的答辩工作。
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| 技术方案 浮筏隔振技术是近几年隔振技术实现的主要平台，对于浮筏隔振而言，被动平置式隔振系统的设计目前比较成熟。本次设计在被动平置式浮筏隔振系统基础上，使用CFRP浮筏筏架替代传统的钢制结构，从而设计出轻质高强，具有良好减振性能的浮筏隔振系统，其技术方案如下： （1）采用隔振理论分析隔振系统效果，利用多刚体法分别对单层、双层、浮筏隔振系统进行动力学建模，并求解系统的频响函数。采用力传递率作为隔振效果评价指标探究对于单层、双层、浮筏隔振系统隔振效果的影响因素； （2）浮筏隔振系统中，筏架一般采用箱梁式结构，当采用碳纤维复合材料替代钢质材料进行筏架的生产制造时，由碳纤维复合材料的成型工艺特点，将筏架分为上、下两层板，中间通过工字型连接件进行连接； （3）对复合材料工字型连接件进行铺层，分别设置等尺寸、等质量、等刚度钢制连接件对照组并利用abaqus进行自由模态分析，探讨复合材料连接件具有的振动特性；通过设置不同的铺层方案并利用abaqus进行自由模态分析探讨不同铺层方案对于工字型连接件固有频率的影响，结合工字型连接件的受力特点确定连接件的铺层方案； （4）通过查阅文献，了解浮筏隔振系统的设计准则。根据隔振设计的基本依据和步骤，通过对激振力，隔振系统总刚度，隔振系统总载荷等的计算，初步确定隔振系统中隔振器的需求，初步确定隔振器位置，再通过对重心偏置造成的隔振器负载变化进行计算，初选隔振器型号。并根据隔振器布局尺寸和接口尺寸，初步设计过渡板、筏架和基础；分别对过渡板与筏架进行自由模态分析，确保共振频率远离动力设备工作频率； （5）利用abaqus对整个浮筏隔振系统进行自由模态分析，在施加载荷、约束后对系统进行谐响应分析，采用振级落差作为评价指标，检查隔振系统是否达到了预期目标。 |
3. 研究计划与安排
3、进度安排
第1-3周：完成开题报告和英文翻译；
第4-5周：完成毕业设计相关内容的总体方案设计；
4. 参考文献（12篇以上）
[1]goyder h g d , white r g . vibrational power flow from machines into built-up structures, part i: introduction and approximate analyses of beam and plate-like foundations[j]. journal of sound amp; vibration, 1980, 68(1):59-75.
[2]goyder h g d , white r g . vibrational power flow from machines into built-up structures, part ii: wave propagation and power flow in beam-stiffened plates[j]. journal of sound amp; vibration, 1980, 68(1):77-96.
[3]goyder h g d , white r g . vibrational power flow from machines into built-up structures, part Ⅲ:power flow through isolation systems[j].journal of sound amp; vibration,1980,68 (1):97-117.
