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螺栓隔振结构在噪声控制中的应用研究

曹浩 刘艳鹏 文立华 王志杰

曹浩, 刘艳鹏, 文立华, 等. 螺栓隔振结构在噪声控制中的应用研究[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(5): 1-11 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0164
引用本文: 曹浩, 刘艳鹏, 文立华, 等. 螺栓隔振结构在噪声控制中的应用研究[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(5): 1-11 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0164
CAO Hao, LIU Yanpeng, WEN Lihua, WANG Zhijie. Study on dynamic characteristics of bolt-PEEK vibration isolation pad connection structure[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0164
Citation: CAO Hao, LIU Yanpeng, WEN Lihua, WANG Zhijie. Study on dynamic characteristics of bolt-PEEK vibration isolation pad connection structure[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0164

螺栓隔振结构在噪声控制中的应用研究

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0164
详细信息
  • 中图分类号: TJ630.1; TB71.2

Study on dynamic characteristics of bolt-PEEK vibration isolation pad connection structure

  • 摘要: 文中建立了基于梁模型的隔振材料动力特性识别实验台, 对聚醚醚酮(PEEK)材料的弹性模量和阻尼进行了识别和验证。建立了螺栓隔振结构的有限元模型, 搭建了实验台, 验证了螺栓隔振结构模型的精确性。为研究隔振结构对鱼雷噪声控制的贡献, 应用虚拟样机技术提取了鱼雷动力的激励力和扭矩, 建立了鱼雷的结构动力学模型, 在发动机与鱼雷壳体连接处应用了前述的螺栓隔振结构模型。本文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采取隔振措施可使鱼雷振动噪声可降低3.64 dB。研究结果指出PEEK作为隔振材料可实现鱼雷振动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 curve 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

    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 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12345平均值
    PEEK11.008×10101.011×10101.011×10101.011×10101.012×10101.01×1010
    PEEK28.082×1098.169×1098.224×10098.271×1098.265×1098.20×109
    PEEK39.906×1091.018×10101.016×10101.024×10101.023×10101.01×1010
    PEEK49.487×1099.517×1091.104×10109.310×1099.313×1099.73×109
    PEEK59.428×1099.405×1099.390×1099.508×1099.473×1099.44×109
    PEEK61.083×10101.121×10101.105×10101.104×10101.098×10101.10×1010
    PEEK71.531×10101.532×10101.529×10101.534×10101.536×10101.53×1010
    PEEK88.573×1098.678×1098.649×1098.648×1098.721×1098.65×109
    PEEK98.174×1098.122×1098.032×1098.043×1098.066×1098.09×109
    PEEK108.300×1098.409×1098.411×1098.419×1098.458×1098.40×109
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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
    2158.01109.4
    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1.150.41.4×10−519.84
    金属橡胶2.37.840.32.06×10−4297.63
    隔振垫
    隔振环
    PEEK1.48.4×1030.381.3×10−5
    1.5×10−4
    4.19
    50.33
    壳体、隔板等结构钢7.852×1050.3
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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
    1081.939 3421.277 884105.557 4101.928 73.628 637
    1201.995 6891.332 296105.782 8102.248 83.533 955
    2071.967 8421.312 443105.671 4102.132 03.539 351
    6401.941 2731.331 294105.565 1102.242 93.322 186
    7251.945 7001.353 521105.582 8102.373 73.209 151
    9951.973 4071.383 786105.693 6102.551 73.141 945
    11641.988 5121.336 963105.754 0102.276 33.477 795
    12422.012 5581.324 683105.850 2102.204 03.646 216
    31002.019 2051.358 765105.876 8102.404 53.472 320
    33232.001 0421.352 946105.804 2102.370 33.433 897
    35622.046 5861.353 055105.986 3102.370 93.615 433
    58452.033 9171.371 620105.935 7102.480 13.455 549
    61082.080 4101.367 072106.121 6102.453 43.668 278
    613132.022 7581.393 535105.891 0102.609 03.282 005
    638792.082 4631.389 795106.129 9102.587 03.542 823
    768792.086 4631.381 234106.145 9102.536 73.609 177
    926032.052 0271.373 695106.008 1102.492 33.515 781
    943472.079 1451.335 765106.116 6102.269 23.847 376
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  • [1] 曹浩, 张伟伟, 文立华, 等. 鱼雷动力系统振动控制技术及应用研究[J]. 水下无人系统学报, 2019, 27(5): 595-600.

    CAO H, ZHANG W W, WEN L H, et al. Research on vibration control technologies of torpedo power system and its application[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2019, 27(5): 595-600.
    [2] 段勇, 刘瑞杰, 马琳. 金属橡胶在鱼雷推进轴系振动控制中的应用[J]. 船舶力学, 2020, 24(9): 1187-1195. doi: 10.3969/j.issn.1007-7294.2020.09.011

    DUAN Y, LIU R J, MA L. Application of metal rubber to the vibration control of torpedo propulsion shafting[J]. Journal of Ship Mechanics, 2020, 24(9): 1187-1195. doi: 10.3969/j.issn.1007-7294.2020.09.011
    [3] 辜长庆. 鱼雷辐射噪声控制[J]. 舰船科学技术, 1992(3): 22-26.
    [4] 肖汉林, 于俊卫, 张瑞斌, 等. 鱼雷电机-艉轴系统振动与声辐射特性分析[J]. 鱼雷技术, 2005, 13(4): 33-36.

    XIAO H L, YU J W, ZHANG R B, et al. Research on vibration and acoustic radiation characteristic of torpedo electric motor and stern shaft system[J]. Torpedo Technology, 2005, 13(4): 33-36.
    [5] 高爱军. 基于四端参数分析法的鱼雷动力隔振技术研究[J]. 鱼雷技术, 2007, 15(1): 29-32.

    GAO A J. Research on vibration isolation for torpedo power based on four-end parameter analysis method[J]. Torpedo Technology, 2007, 15(1): 29-32.
    [6] 金晶, 张振山, 熊鑫. 一种橡胶隔振圈动刚度计算方法[J]. 鱼雷技术, 2012, 20(2): 125-128.

    JIN J, ZHANG Z S, XIONG X. Dynamic stiffness calculation method for rubber ring isolator[J]. Torpedo Technology, 2012, 20(2): 125-128.
    [7] 王敏庆, 胡卫强, 盛美萍. 阻尼处理在鱼雷振动噪声控制中的应用[J]. 弹箭与制导学报, 2005(4): 779-780,783. doi: 10.3969/j.issn.1673-9728.2005.04.253

    WANG M Q, HU W Q, SHENG M P. Damping and its application in vibration and noise control of torpedo[J]. Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance, 2005(4): 779-780,783. doi: 10.3969/j.issn.1673-9728.2005.04.253
    [8] 梁跃, 何长富, 彭博. 鱼雷热动力发动机机体振动模态分析[J]. 鱼雷技术, 2005, 13(4): 17-20.

    LIANG Y, HE C F, PENG B. Structural vibration modal analysis of torpedo thermal power engine[J]. Torpedo Technology, 2005, 13(4): 17-20.
    [9] 张可. 聚醚聚醚醚酮及其纳米复合材料的力学性能[D]. 大连: 大连理工大学, 2021
    [10] RAE P, BROWN E, ORLER E. The mechanical properties of poly (ether-ether-ketone) (PEEK) with emphasis on the large compressive strain response[J]. Polymer, 2006, 48(2): 598-615.
    [11] KURTZ S M. PEEK biomaterials handbook[M]. USA: William Andrew, 2014.
    [12] 王飞, 王衔, 陈涛, 等. 瑞利阻尼在Abaqus中的实现[J]. 计算机辅助工程, 2018, 27(5): 72-76.

    WANG F, WANG X, CHEN T, et al. Implementation of Rayleigh damping in Abaqus[J]. Computer Aided Engineering, 2018, 27(5): 72-76.
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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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