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螺栓隔振结构在鱼雷噪声控制中的应用

曹浩 刘艳鹏 文立华 王志杰

曹浩, 刘艳鹏, 文立华, 等. 螺栓隔振结构在鱼雷噪声控制中的应用[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(5): 906-915 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0164
引用本文: 曹浩, 刘艳鹏, 文立华, 等. 螺栓隔振结构在鱼雷噪声控制中的应用[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(5): 906-915 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0164
CAO Hao, LIU Yanpeng, WEN Lihua, WANG Zhijie. Application of Bolt Vibration Isolation Structure in Torpedo Noise Control[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(5): 906-915. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0164
Citation: CAO Hao, LIU Yanpeng, WEN Lihua, WANG Zhijie. Application of Bolt Vibration Isolation Structure in Torpedo Noise Control[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(5): 906-915. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0164

螺栓隔振结构在鱼雷噪声控制中的应用

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0164
详细信息
    作者简介:

    曹浩:曹 浩(1982-), 男, 在读博士, 高级工程师, 主要研究方向为振动传递路径分析

  • 中图分类号: TJ630.1; TB71.2

Application of Bolt Vibration Isolation Structure in Torpedo Noise Control

  • 摘要: 为进一步研究隔振结构在鱼雷噪声控制中的作用, 文中通过建立基于梁模型的隔振材料动力特性识别实验台, 对聚醚醚酮材料的弹性模量和阻尼进行了识别和验证。同时建立了螺栓隔振结构的有限元模型, 并验证了模型的精确性。将该模型应用于鱼雷发动机与壳体连接处, 首次结合隔振圈建模理论和螺栓隔振结构, 建立了鱼雷动力的整机隔振仿真模型。仿真结果揭示, 综合使用隔振圈结合螺栓连接的隔振措施可使鱼雷振动噪声降低3.64 dB。研究结果为鱼雷振动噪声控制提供了有力的理论支撑。

     

  • 图  1  鱼雷发动机隔振结构示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of torpedo engine vibration isolation structure

    图  2  力学性能识别试验台

    Figure  2.  Test bench for mechanical performance identification

    图  3  弹性模量识别试验

    Figure  3.  Elastic modulus identification

    图  4  力和位移拟合曲线

    Figure  4.  Fitting curves of force and displacement

    图  5  xb关系图

    Figure  5.  The relationship between x and b

    图  6  等应力梁应力分布云图

    Figure  6.  Stress distribution contour of equal stress beam

    图  7  等效应力梁弹性模量实验

    Figure  7.  Elastic modulus experiment of equal stress beam

    图  8  自由振动衰减波形

    Figure  8.  Free vibration attenuation waveform

    图  9  阻尼比识别实验数据后处理

    Figure  9.  Data post-processing of damping ratio identification experiment

    图  10  系统总刚度随单个隔振垫弹性模量变化曲线

    Figure  10.  Curve of total system stiffness with elastic modulus of individual vibration isolators

    图  11  模型网格和边界条件

    Figure  11.  Meshes and boundary conditions of the model

    图  12  固有频率随预紧力变化仿真曲线

    Figure  12.  Simulation curves of natural frequency with preload

    图  13  固有频率随预紧力变化实验曲线

    Figure  13.  Test curves of natural frequency with preload

    图  14  发动机推进装置三维模型

    Figure  14.  Three-dimensional model

    图  15  激振力及其力矩仿真结果

    Figure  15.  Simulation results of excitation force and torque

    图  16  简化后动力舱示意图

    Figure  16.  Simplified diagram of power cabin

    图  17  动力舱结构图

    Figure  17.  Schematic diagram of power cabin structure

    图  18  鱼雷网格模型

    Figure  18.  Grid division of torpedo model

    图  19  激励力施加位置

    Figure  19.  Diagram of excitation application position

    图  20  鱼雷动力学仿真速度响应云图

    Figure  20.  Torpedo dynamics simulation velocity response cloud

    表  1  弹性模量求解结果

    Table  1.   Elastic modulus results 单位:Pa

    编号 1 2 3 4 5 平均值
    PEEK1 1.008×1010 1.011×1010 1.011×1010 1.011×1010 1.012×1010 1.01×1010
    PEEK2 8.082×109 8.169×109 8.224×109 8.271×109 8.265×109 8.20×109
    PEEK3 9.906×109 1.018×1010 1.016×1010 1.024×1010 1.023×1010 1.01×1010
    PEEK4 9.487×109 9.517×109 1.104×1010 9.310×109 9.313×109 9.73×109
    PEEK5 9.428×109 9.405×109 9.390×109 9.508×109 9.473×109 9.44×109
    PEEK6 1.083×1010 1.121×1010 1.105×1010 1.104×1010 1.098×1010 1.10×1010
    PEEK7 1.531×1010 1.532×1010 1.529×1010 1.534×1010 1.536×1010 1.53×1010
    PEEK8 8.573×109 8.678×109 8.649×109 8.648×109 8.721×109 8.65×109
    PEEK9 8.174×109 8.122×109 8.032×109 8.043×109 8.066×109 8.09×109
    PEEK10 8.300×109 8.409×109 8.411×109 8.419×109 8.458×109 8.40×109
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    表  2  等应力梁弹性模量实验结果

    Table  2.   Test results of elastic modulus with equal stress beam

    位置 实验1 实验2
    弹性模量/Pa 误差% 弹性模量/Pa 误差/%
    位置1 8.81×109 1.84 8.74×109 1.04
    位置2 9.36×109 8.20 9.19×109 6.24
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    表  3  阻尼比结果

    Table  3.   Damping ratio results

    编号 ω/Hz ξ
    PEEK1 30.042 0.007
    PEEK2 31.956 0.008
    PEEK3 31.416 0.008
    PEEK4 31.523 0.009
    PEEK5 32.089 0.005
    PEEK6 33.104 0.006
    PEEK7 37.095 0.010
    PEEK8 28.473 0.005
    PEEK9 27.672 0.005
    PEEK10 29.875 0.010
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    表  4  不同阶次下固有频率

    Table  4.   Natural frequencies at different orders

    阶数固有频率/Hz
    橡胶PEEK
    1100.9539.76
    2158.01109.40
    3362.27207.92
    4468.67334.36
    5758.04491.72
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    表  5  鱼雷组件材料参数

    Table  5.   Material parameters of torpedo components

    组件材料密度/(g·cm3)弹性模量/MPa泊松比$\alpha $$\beta $
    隔振圈丁腈橡胶1.105.000.401.40×10−519.84
    金属橡胶2.307.840.302.06×10−4297.63
    隔振垫
    隔振环
    PEEK1.408.40×1030.381.30×10−5
    1.50×10−4
    4.19
    50.33
    壳体、隔板等结构钢7.852.00×1050.30
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    表  6  典型节点振动烈度和振动噪声

    Table  6.   The calculation results of vibration intensity and vibration noise of some nodes

    节点编号 振动烈度/(mm/s) 振动噪声/dB 降噪效果/dB
    低阻尼材料 高阻尼材料 低阻尼材料 高阻尼材料
    108 1.939 342 1.277 884 105.557 4 101.928 7 3.628 637
    120 1.995 689 1.332 296 105.782 8 102.248 8 3.533 955
    207 1.967 842 1.312 443 105.671 4 102.132 0 3.539 351
    640 1.941 273 1.331 294 105.565 1 102.242 9 3.322 186
    725 1.945 700 1.353 521 105.582 8 102.373 7 3.209 151
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-16
  • 修回日期:  2024-03-07
  • 录用日期:  2024-03-13
  • 网络出版日期:  2024-10-16

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