| 标题 | 船舶辅机双层半主动非线性隔振系统振动特性分析 |
| 范文 | 刘正华 陈桃 [摘? ? ? ? ? ?要]? 经济和科技的飞速发展对现阶段的各行各业都产生了非常大的影响，尤其如航空航天、船舶潜艇等现代器械都在悄悄地改变着人们的生活。同时随着这部分现代器械对我们生活的重要性逐渐增强，我国不得不提升对这部分现代器械内部核心设备或系统的重视程度，不得不对这部分设备的质量提出更高的要求。 [关? ? 键? ?词]? 船舶辅机;双层半主动非线性隔振系统;振动特色 [中图分类号]? U664.5? ? ? ? ? ? ? ? ? [文献标志码]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章编号]? 2096-0603（2020）01-0220-02 现代航海设备尤其是军用航海轮船大多配备了非常多的现代精密仪器、电子设备和武器，尤其是武器在发射之后会形成非常大的冲击力，这部分冲击力会对轮船造成非常大的反作用力;再如武器在距离轮船较近区域如海底或者空中发生爆炸，同样会产生非常大的冲击力，如果轮船无法有效抵消这部分冲击力，无疑会对轮船造成非常大的影响，是导致轮船搭载的设备出现故障的主要原因。如何保护这部分仪器，使其免除冲击力等因素发生故障是保护轮船内设备和仪器正常运行的非常重要的因素。 一、机双层半主动非线性隔振系统特征 对隔振系统的研究伴随着我国正式自主造船之后便已经开始了，同时隔振系统的研究也经历了一个非常长的时间跨度，从最初的单层隔振系统到双层隔振系统投入使用，历经了很多人的辛勤结晶。国外有很多专家对于多层隔震系统的理论性能展开了研究，尤其是对于振动相应计算和振动的特性分析都展开了非常详细的讨论，但是多层隔震系统在实践应用过程中并不是非常完善，尤其是对于船体上广泛采用的浮阀装置冲击计算并不完善，所以尚未将多层格证系统应用在船舶之中。 （一）隔震器的非线性特征 为了达到缓冲和减少船舶所受振动的效果，通常会在很多结构之间安装金属橡胶减震器。金属橡胶减震器是通过金属橡胶的变形效果和变形之后的恢复效果来达到减少结构之间振动的目的，然而金属橡胶减震器经实验证明之后发现该减震器的变形之后恢复效果与金属橡胶在出现变形时候的幅度有关，也就是说金属橡胶如果超出了其特定范围之内的变形，很容易出现无法恢复的情况，而无法恢复的金属橡胶则无法起到再次为结构减震的效果，所以金属橡胶具有一定的滞后性。然而这一滞后性的描述方式也就是力在特定环境下的变形效果曲线具有多属性的特征，例如多值性与变形历史相关的记忆特性，所以导致该曲线本身是一种非线性曲线，如何对这一曲线进行明确的描述，以更加直观的方式呈现在我们面前一直都是动力学研究过程中非常困难同时也是急需解决的一大课题。 目前，对于滞后非线性系统的研究重点表现在两个环节：一是滞后非线性模型的建立，该模型在建立之后能够对滞后非线性概念进行明确的表述是一种更为直观的表达方式;二是滞后非线性系统的响应分析，该重点主要研究的是在不同的环境下，滞后非线性系统的动力学响应问题。除此之外多种非线性因素的耦合作用也会对滞后非线性系统的展示方式产生一定影响，如何控制这部分非线性因素，使其能够更为直观且准确地表述在滞后非线性系统中同样成为人们研究的热点问题。 （二）滞后非线性系统的响应研究 现代计算机技术的出现，对于滞后非线性系统的计算提供了非常有力的手段，尤其是多种非线性因素对于非线性系统的影响和表达方式有了更加直观和科学的控制手段，该手段的存在对于研究滞后非线性系统动力学，尤其是分叉性与奇异性提供了强有力的手段。尤其是金属橡胶减震器的材质性分析以及不同材质所自有的恢复的系统和滞后非线性系统与系统共振之间的关系在这一表现方式背景下逐渐成为可能。 （三）船舶机电设备冲击非线性研究 船舶自身所携带的机电设备大多数是精密性非常高的设备，这部分设备在进行船舶主体安装的过程中必须要考虑到船舶振动效果对于机电设备的影响，所以大多数机电设备在安装的过程中，尤其是结构与结构之间同样会安放减震装置。减震装置的工作原理同样是基于非线性系统特征，如何用非线性系统模型对于船舶机电设备冲击效果进行研究，同样也是我国一直以来思考的重要课题。一般来讲，机电设备所受到的冲击效果是瞬间产生的，并且在极短距离内机电设备两者之间发生的振动效果甚至会出现多次和快频率的现象，导致机电设备内部结构之间的减震装置会出现变形的情况。减震装置通过自身缓慢的恢复能力，在受到外界冲击之后进行缓慢的释放能量，从而达到变形的效果，也就进一步实现了阻拦冲击的目的。然而船舶在行驶的过程中受到海浪或者自身能量释放等因素的影响，导致机电设备内部结构之间的减震装置所受到的振动情况是高频率的，在极短的时间内会发生多次振动，而减震装置自身的恢复能力有限，在受到极大的变形之后需要一定时间来达到恢复的效果如果在这一过程中再次受到较大振动，不但会大大降低减震装置的减震效果，甚至会对减震装置的使用寿命产生影响。 如何对减震装置进行冲击隔离是提升减震装置使用寿命非常重要的因素，同时在这一过程中也必须要考虑减震装置的刚度，一般对于非线性动力学研究的方法非常多包含特殊函数法、摄动法、平均法、点应设法。在所有的方法中应用最为广泛的，并且能够对非线性动力学特征进行最为直接表述的是使用数值方法。 二、几种常见的双层半主动非线性隔振方式 所谓隔振方法指的是对外部的振动进行有效控制的方式来达到减少振动或者阻碍振动的效果，通常隔振方法主要分为被动控制方法和主动控制方法，其中被动控制方法指的是在系统振动控制过程中刨除外力对于隔振系统的影响。而主動隔振方法则指的是在隔振系统参与阻隔振动的过程中，有外力对于隔振系统进行调节，例如反馈控制投入隔振系统当中，则称之为主动控制。 （一）被动隔振控制技术 被动隔振控制技术主要指的是在系统进行隔振效果控制的过程中，投入有效阻隔振动的原件，也就是隔震器来达到阻隔振动的效果。被动隔阵控制技术在现代船舶隔振系统构建的过程中发挥着非常广泛的应用，可以说所有的系统结构在进行连接的过程中，绝大多数都应用了隔振器。隔振器在其中发挥的作用是一种被动的无人力或者机器控制的各种手段，该技术尤其是对于部分控制能力相对较弱或者出现振动频率较低的部位进行有效控制的方式，能够有效降低基础振动的频率和振动效果。 金属橡胶隔振器、弹簧隔振器、橡胶隔振器、气垫隔振器等多种隔振装置在船舶的结构连接部位发挥着非常重要的作用，当然不同的隔振器所反馈出来的效果也存在一定的区别。例如金属橡胶隔振器只有结构发生的频率远大于结构所能够承担的振动效果数倍的情况时，才能够有效起到矫正的效果;而弹簧隔振器大多数应用于体量相对较大的设备隔振系统，例如重大数百吨的船舶主体隔振效果便广泛地应用了弹簧隔振器;橡胶隔振器的应用范围相对较广泛，因为橡胶本身的弹性相对较强，并且橡胶有着非常便捷的切割能力，能够充分地应用于部分较小的零部件之间的隔振作用发挥。隔振垫在所有隔振系统中性价比是最高的，因为隔振垫的材质多种多样，来源于我们生活的软木结构、毛毡、橡胶垫或者玻璃纤维都可以作为隔振垫，隔振垫在应用过程中的主要优势在于取材广泛，成本较低，并且操作起来非常便捷，能够对部分需要量身定制的连接结构进行有效的裁剪和应用。气垫隔振器通常是由橡胶材质的充气结构构成，然而该种隔振器在应用过程中尤其是对于频率较低的振动所产生的作用非常强，甚至比弹簧隔振器所起到的效果更好。 （二）主动隔振控制技术 主动隔振控制技术是在被动隔振控制技术的基础上产生的一种新技术，主要是借助计算机技术以及新材料的应用，尤其是计算机技术对各个系统的振动效果进行充分的分析之后，以外力的方式对该部位的隔振装置进行刺激，从而使其达到快速变形的效果。所以一般主动隔振技术是与被动隔振技术进行搭配使用的，其目的是在于被动隔振系统如果受到较强的外力而无法及时恢复原结构形状的情况下，所采取的一种主动刺激促使其恢复的手段。 主动隔阵控制技术主要由被动悬置、作动器、传感器以及控制装置四部分组成，尤其是传感器和作动器是整个系统中最为重要的两个部件，这两个部件的正常运行效果将对主动隔振控制系统产生直接影响。主动隔振控制技术中，对新材料的应用也非常广泛，尤其是在新技术背景下所诞生的压电材料、磁致伸缩材料、形状记忆合金以及磁流变流体等代表的一大部分类机敏材料是现阶段主动隔阵控制系统中应用最为广泛，并且所取得的效果最好的智能材料。压电材料凭借其广泛的应用范围和低廉的价格，在所有材料中脱颖而出，尤其是对于体型较大的和质量较重的船舱的振动控制有着非同一般的作用;磁致伸缩材料的应用方式相对简单，相应的应用范围也有限，主要是对连接结构简单的机电设备作为辅助位移装置帮助隔振材料能够尽快地起到恢复原状的效果;形状记忆合金有着非常强的复位能力，尤其是对较大振幅和较快频率振幅的振动，都有着非常强的应对能力，使用形状记忆合金能够有效地起到缓解连接点疲劳和减少结构振动响应的结果。 参考文献： [1]徐鹏，邹冬林，吕芳蕊，等.船舶推进轴系弯—纵耦合效应的非线性振动特性[J].中国舰船研究，2019，14（5）：49-57. [2]李小军，朱汉华，范世东，等.船舶艉轴承刚度和螺旋桨陀螺效应对轴系回旋振动特性影响的分析[J].船舶力学，2019，23（7）：851-858. [3]方媛媛，夏兆旺，等.船舶辅机浮筏半主动非线性隔振系统振动特性分析[J].船舶力学，2019，23（5）：583-590. [4]包国治，周马俊，薛斌，等.船舶辅机双层半主动非线性隔振系统振动特性分析[J].船舶力学，2018，22（10）：1286-1291. [5]王雪涛.基于周期结构的船舶辅机双层隔振系统动力学特性研究[D].镇江：江苏科技大学，2018. [6]夏兆旺，袁秋玲，茅凯杰，等.船舶辅机单层半主动非线性隔振系统振动特性分析[J].船舶力学，2017，21（1）：69-75. [7]张辉.船舶浮筏隔振系统的性能分析及参数优化匹配研究[D].武汉：华中科技大学，2016. [8]徐建龙，许锐，彭利国.基于TPA的船舶双层隔振系统计算模型与试验验證[J].中国舰船研究，2015，10（5）：71-75，91. 编辑 曾彦慧 |
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