﻿ 隔振器分布对浮筏隔振系统隔振性能的影响
 舰船科学技术  2016, Vol. 38 Issue (11): 48-52 PDF

1. 海军工程大学 振动噪声研究所, 湖北 武汉 430033 ;
2. 船舶振动噪声重点实验室, 湖北 武汉 430033

The influence of the isolator's distribution on floating raft isolation system's performance
HU Ze-chao1,2, HE Lin1,2, LI Yan1,2
1. Institute of Noise and Vibration, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China ;
2. Science and Technology on Ship Vibration and Noise Laboratory, Wuhan 430033, China
Abstract: At present, the research of floating raft isolation system have many aspects at home and abroad, the dynamics modeling and theoretical analysis method was usually used. But these method was just to simplify the vibration isolator to the unit of vertical stiffness and damping, ignoring the influence of lateral stiffness and damping on system, lead to bad calculation results which has large difference with the actual results. So in this article, the finite element method (FEM) simulation analysis on the floating raft isolation system is carried out. According to the selection and distribution principle of vibration isolator, several reasonable distribution has been put forward. In order to get the modal frequency of the system, the Ansys software for simulation has been used. Finally, the vibration isolation index of acceleration-vibration level difference to evaluate vibration isolation effect on floating raft isolation system has been introduced, providing some ideas for distribution design of vibration isolator.
Key words: vibration isolator     optimal distribution     simulated analysis     vibration level difference
0 引言

1 隔振器的选用和布置原则

1.1 隔振器的选用原则

1）根据机组载荷和激励的特点，选用的隔振器应该在承载力范围之内，且应当避开其正常工况下的主要激振频率；

2）隔振器的尺寸设计应根据给定的工作环境和安装空间尺寸的要求；

3）外干扰力的频率f与隔振系统的共振频率f0应满足$f/{{f}_{0}}>\sqrt{2}$，且在一定范围内频率比越大隔振效果越好，但频率比也不宜过大，过大会导致装置的稳定性差，容易引起机组及筏架摇晃，故一般选用频率比在2.5~4.5之间[4]

4）隔振器的阻尼比在0.04~0.2之间为最佳[4]

5）保证隔振系统总刚度和总阻尼不变的情况下，应尽量选用承载能力、刚度和阻尼大的隔振器来减小基础的振动响应[5]

1.2 隔振器的布置原则

1）隔振器的布置，一般应该对称于通过系统中心主惯性坐标轴的二垂直平面，这样可以避免系统自由度之间的耦合[6]

2）根据被隔振物体的重心位置，应当尽量选用同型号的隔振器使各隔振器所承受的载荷一致，这样便于计算、分析及维护；

3）浮筏隔振系统上下层隔振器应采取不对齐的安装方式来减小传递到基础的宽频振动[7]

2 隔振器选型及布置方案 2.1 浮筏上层隔振器的选型

2.2 浮筏下层隔振器的选型

JYQN型气囊隔振器的动刚度随着载荷的变化而变化，在一定变形范围内可认为是线性变化，而其固有频率和阻尼比是一个常量。在系统总刚度和总阻尼不变的情况下，可以根据隔振器的固有频率、阻尼比及承载情况计算出隔振器的动刚度和阻尼等参数。表 2为不同数目下气囊隔振器的主要参数。

2.3 下层隔振器的布置方案

 图 1 浮筏下层隔振器的布置方案 Fig. 1 The isolator's distribution on the lower layer floating raft

3 仿真分析 3.1 机组及筏架特性参数

3.2 模态分析

 图 2 浮筏隔振系统的仿真模型 Fig. 2 The simulation of the floating raft system

1）通过观察模态振型得出，浮筏下层隔振器不同的布置方法对机组模态影响甚微。

2）浮筏下层隔振器的布置方案对筏架的模态有一定的影响，系统的前3阶模态分别为筏架的横摇、纵摇和垂向平动，筏架的模态频率由气囊隔振器的刚度特性及其作用位置共同决定。

3）第2种方案第19阶模态70.352 Hz接近机组正常工况下的主要激励频率70 Hz，在机组正常工作时可能会激起筏架扭转方向共振，而1，3和4三种方案的设计都能有效地避开机组正常工作时所产生的激振频率。

4）第1和第2两种方案所选用隔振器的数目和型号均相同，仅在布置位置上有所区别，而第2种布置方案中出现了2.206 Hz的一阶模态频率，明显低于方案1，说明方案2对筏架横摇的约束能力不足，易引起筏架的横摇，应尽量避免，因此在浮筏下层隔振器的设计时，应该在筏架的边角处布置隔振器，从而对机组的振动进行有效隔离。

5）第1，第3和第4三种方案布置方式在数目上有所区别，可见隔振器的数目对浮筏的前18阶刚体模态影响不大且都避开了机组主要的激振频率，因此在考虑到经济性、安装空间等因素时，在满足承载力要求的情况下可以考虑使用较少的隔振器进行隔振。

3.3 隔振效果分析

 ${{L}_{D}}=20{\rm lg}\frac{{{a}_{1}}}{{{a}_{2}}}{\rm d}{\rm B}\text{。}$

 图 3 三分之一倍频程隔振效果曲线 Fig. 3 The effect of vibration isolation on the 1/3 Oct vibration level

4 结语

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