﻿ 船用坐墩长基座阻抗特性分析
 舰船科学技术  2024, Vol. 46 Issue (12): 22-29    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2024.12.005 PDF

Impedance characterization of long base for ships
ZHANG Jingyu, HUANG Zhangkai, MA Huan, CHEN Meixia, WANG Ting
School of Naval Architecture and Ocean Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
Abstract: In order to improve the stealth performance of ships, this paper carries out research on the long base structure of marine sitting piers. Based on the combination of finite element method and engineering estimation formula, the study of the base impedance calculation method, base position change on the impedance value, base three-way impedance characteristics, increase the base sealing plate and other impact on the base input impedance. The study shows that the base impedance calculation, whether using single-point excitation, multi-point excitation or surface load excitation has a small effect on the calculation results. The magnitude of the base impedance value is not only related to the excitation position but also to the existence of strong boundary conditions at the excitation position. When calculating the three-way impedance of the base, the magnitude of the impedance in different directions depends on the axial and bending stiffness. This study provides ideas for the acoustic design of ships.
Key words: vibration and noise reduction     base impedance     three-way impedance     base seal plate
0 引　言

1 有限元建模

 图 1 艇体舱段半剖模型 Fig. 1 Hull section semi-anatomic model

 图 2 舱段结构示意图 Fig. 2 Schematic diagram of the segment structure
2 坐墩长基座阻抗计算方法验证

 图 3 不同载荷施加方式图 Fig. 3 Diagram of different load application methods

 图 4 不同载荷施加方式阻抗曲线对比图 Fig. 4 Comparison of impedance curves for different load application methods

3 数值计算分析 3.1 坐墩长基座位置变化对阻抗值的影响

 图 5 基座不同位置有限元模型图 Fig. 5 Finite element modeling of different positions of the base

 图 6 载荷施加位置图 Fig. 6 Load application position diagram

 图 7 变基座位置舱段模型位置3处阻抗曲线对比图 Fig. 7 Comparison of impedance curves at three locations of the modeled positions of the variable base position compartments

 图 8 变基座位置舱段模型位置5处阻抗曲线对比图 Fig. 8 Comparison of impedance curves at five locations of the modeled positions of the variable base position compartments

3.2 坐墩长基座3向阻抗特性分析

 图 9 位置3处3向阻抗曲线 Fig. 9 Three-way impedance curve at position three

3.3 坐墩长基座增加封板对阻抗值的影响

 图 10 附加基座封板有限元模型图 Fig. 10 Finite element model of additional base sealing plate

 图 11 附加基座封板位置3处阻抗曲线对比图 Fig. 11 Comparison of impedance curves at three locations of additional base sealing plates

 $|Z{|}_{中低}=\frac{0.48E{I}_{F}\;\left(1+\dfrac{0.34{I}_{s}{L}_{F}^{4}}{{I}_{F}{R}^{3}bm}\right)}{f{L}_{1}^{2}{L}_{2}^{2}} 。$ (1)

3.4 艇体舱段环肋加密对基座阻抗的影响

 图 12 舱段环肋加密模型图 Fig. 12 Encrypted model drawing of segmental ring ribs

 图 13 舱段环肋加密位置3处阻抗曲线对比图 Fig. 13 Comparison of impedance curves at three encrypted locations of the segmental ring rib

 $Z{}_{中}=10m\sqrt{f{C}_{l}{r}_{F}}\;{\left(1+\frac{0.8{m}_{h}\sqrt{{C}_{l}{r}_{h}}}{bm\sqrt{f}}\right)}^{0.75} 。$ (2)

4 艇体结构参数对基座阻抗的影响

4.1 艇体环肋腹板厚度对基座阻抗值的影响

 图 14 不同环肋腹板厚度阻抗曲线 Fig. 14 Impedance curves for different ring rib web thicknesses

4.2 艇体环肋面板厚度对基座阻抗值的影响

 图 15 不同环肋面板厚度阻抗曲线 Fig. 15 Impedance curves for different ring rib panel thicknesses

4.3 耐压体厚度对基座阻抗的影响

 图 16 不同耐压体厚度阻抗曲线 Fig. 16 Impedance curves for different pressure-resistant body thicknesses

5 结　语

1）在工程中采用数值方法计算基座阻抗时，无论是采用单点激励、多点激励还是采用面载荷激励对基座阻抗计算值的影响较小。工程中，基座上布置隔振器常采用多点螺栓固定的方式，而本文将其简化成单点激励进行阻抗计算，对计算结果的精度影响较小，且具有简化计算的效果。

2）基座位置变化对阻抗值的影响主要取决于激励位置以及激励位置处边界条件的强弱。当激励位置处无较强约束时，激励位置越靠近舱段中间阻抗值越大；而激励位置处于较强约束条件位置时，越靠近强约束位置处阻抗值越大。

3）基座阻抗值的计算与其刚度大小有直接关系，计算基座3向阻抗时，基座沿轴向的刚度最大，其阻抗值也大于其他2个方向，而径向阻抗值的大小取决于杨氏模量$E$与基座沿不同方向截面惯性矩$I$乘积的相对大小。

4）相比于原模型，基座增加封板后的阻抗值有较大提升。原因在于基座封板增强了基座的刚性，使其阻抗值提升较大。

5）艇体舱段采用环肋加密措施，在中低频时阻抗值降低，但在中频段时有助于基座阻抗值的提升，与工程估算公式分析相一致。

6）艇体结构参数中，频率较低时增加环肋腹板厚度、环肋面板厚度以及耐压体厚度对基座阻抗值有提升作用，但在个别频段处出现随着艇体结构参数厚度增加且阻抗值减少的现象。在舰船设计时，应避免此频率与设备的激励频率相重合。频率较高时，增加环肋腹板厚度、环肋面板厚度以及耐压体厚度对基座阻抗值影响较小。

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