CN102748423A - 基于波型转换的曲梁结构周期浮筏 - Google Patents
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Abstract
一种基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，主要由上面板、中间的多个曲梁周期结构以及下面板构成，多个曲梁周期结构并排设置在所述面板的长度和宽度方向上，在长度和宽度方向形成周期性；在所述面板的厚度方向上，曲梁周期结构是由多层小面板和曲梁组成的周期结构，振动沿着该厚度方向经曲梁进行传播时，会发生波的传递和转换，并形成周期结构的阻带特征，使得振动得到极大的衰减；所述各个曲梁周期结构的小面板与上、下面板相连。本发明所提供的浮筏，利用了周期结构的阻带特征，并利用具有波型转换效应的曲梁作为弹性元件来提供静刚度和动刚度，增加振动衰减，实现较低频段内的宽频带隙，增加浮筏隔振装置的低频段和宽频带的隔振性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于舰船和潜艇的减振、降噪装置，更具体的说，涉及一种基于曲梁结构波型转换和周期结构阻带特征的浮筏隔振装置。
背景技术
潜艇作为海军装备的一个重要门类，由于其良好的隐蔽性、机动性、突击性，可以出色完成战略威慑和战术对抗的任务，因而备受各国海军青睐。隐蔽性是决定其生存和突击能力的主要因素。特别是，随着声纳系统趋于低频﹑大功率的方向发展，其作用距离越来越远；而且随着电子技术和信号处理技术的迅猛发展，声纳系统对水下目标的识别和跟踪能力大大提高；这样，只有尽量降低潜艇的水下声辐射，才有可能提高其隐蔽性，同时扩大其声纳探索距离，这对于提高潜艇的生存能力和作战能力是至关重要的。
潜艇的隐蔽性的关键技术指标是潜艇噪声。潜艇噪声分为机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声等三大噪声源，其主要噪声源特性为强线谱和弱连续谱的叠加。机械噪声本质上为纯频噪声，其频谱为线谱，频率范围是10Hz～1000Hz，主要包括主、辅机运转，管道噪声和空气噪声。试验表明，潜艇在电力推进工况下，低速航行时的噪声主要来自机械噪声，约占总辐射噪声级的70%左右，主要来源于潜艇内部的主、辅机和轴系的运转通过浮筏、基座传递并激励壳体，引起壳体振动并向周围水介质中辐射噪声。作为减振/隔振平台，浮筏是目前对机械设备振动进行集中隔离的最好途径。浮筏隔振装置是将整舱内所有的机械设备弹性或刚性安装在一个公共的浮筏筏体上，筏体弹性支撑或悬挂在壳体结构上，通过机械绝缘和减振的方法来减小机械振动，从而降低潜艇的辐射噪声。针对潜艇和舰船上的机组设备的浮筏隔振装置，由于受到质量约束和尺寸约束等原因，需要在小质量小尺寸下实现尽量大的振动衰减。目前的浮筏隔振装置主要由平板焊接而成，按照结构形式分，主要有平板箱型浮筏，V型浮筏和复杂V型浮筏。这些浮筏没有充分利用浮筏中各个子结构之间的衰减机制，质量和刚度分布不合理，无法形成宽频带的振动衰减。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，该浮筏装置综合应用了周期结构产生的阻带通带机制和曲梁所具有的弯曲波和纵波耦合、波型转换的机理，使得浮筏装置中的质量和刚度参数优化分布，增加了浮筏装置中的振动衰减效果，使其隔振性能得到显著提高。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，主要由上面板、中间的多个曲梁周期结构以及下面板构成，多个曲梁周期结构并排设置在所述面板的长度和宽度方向上，在长度和宽度方向形成周期性；在所述面板的厚度方向上，曲梁周期结构是由多层小面板-曲梁组成的周期结构，振动沿着该厚度方向经曲梁进行传播时，会发生波的传递和转换，并形成周期结构的阻带特征，使得振动得到极大的衰减；所述各个曲梁周期结构的小面板与上、下面板相连。
所述上、下面板在各个曲梁周期结构之间焊接有加强筋，以阻挡振动沿着上、下面板面内的传递。
所述小面板上设有橡胶垫，用以调整小面板与上、下面板的距离，并起到减振作用。
所述橡胶垫的厚度为2～3mm。
所述曲梁的弯曲角度可以是120°～240°之间的任意角度。
所述小面板是各种形状的质量块。
所述曲梁和小面板的材料可以是金属材料、金属-橡胶-金属或金属-多孔金属-金属组成的三明治材料。
所述曲梁和小面板之间可以采用螺栓连接，也可以采用焊接。
从波的传播理论可知，弹性波在周期性结构中传播时会形成特殊的阻带和通带结构。当弹性波的频率处于阻带范围内时，弹性波及振动是不允许传播的。利用这个机理，将浮筏装置设计成沿着振动传播方向的多层周期结构，可以得到具有宽频段隔振效果的隔振结构。
通过对曲梁的研究表明，曲梁具有径向刚度和切向刚度耦合及波型转换的特性，较易传播的弯曲波在经过曲梁之后会转化成不易传播的纵波，并且在曲梁与其他结构的结合处，会形成反射机制，使得各种波被反射而不传递。在设计周期结构时，利用曲梁作为弹性元件来传递载荷，这样可以增加衰减。并且由于弯曲变形和径向变形共同提供静刚度和动刚度，可以实现较低频段内的宽频带隙，增加浮筏隔振装置的低频段隔振性能和宽频带的隔振性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2（a）～图2（c）是本发明分别沿A-A、B-B、C-C三个方向上的的剖面图；
图3是上、下面板的结构示意图；
图4（a）、图4（b）分别是曲梁周期结构的曲梁和小面板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1～图4所示，本发明所公开的基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，主要是由上面板1、中间的多个曲梁周期结构以及下面板3构成。上面板1和下面板3用于安装隔振器，便于与上、下连接件进行连接，上、下面板在隔振器或机脚安装处应采用加强筋进行加强。多个曲梁周期结构并排设置在所述面板的长度和宽度方向上，在长度和宽度方向形成周期性。在面板的厚度方向上，曲梁周期结构是由多层小面板7和曲梁2组成的周期结构，振动沿着该厚度方向经曲梁2进行传播时，会发生波的传递和转换，并形成周期结构的阻带特征，使得振动得到极大的衰减。各个曲梁周期结构的小面板7与上、下面板通过螺栓4相连。在周期结构的小面板7上可以设一层2～3mm厚的橡胶垫，用以调整小面板与上面板的距离，并起到减振作用。
曲梁2是一有一定厚度和一定宽度，弯曲成一定角度的曲板，材料是普通碳钢、弹簧钢，也可以是由钢-多孔材料、橡胶等阻尼材料-钢组成的三明治结构，,曲梁2的角度可以是120°～240°之间的任意角度。曲梁2和小面板7之间可以采用螺栓连接，也可以采用焊接（当曲梁采用弹簧钢时，不宜进行焊接）。
下面板与小面板的连接方式与上面板和小面板的连接方式相同。上面板1和下面板3在各个曲梁周期结构之间焊接有加强筋5，以阻挡振动沿着上、下面板面内的传递。
当振动经过隔振器传递给曲梁周期结构浮筏时，振动会在上面板内传播，在面板内传播时，曲梁周期结构之间的加强筋会对振动起到阻振作用；这些弯曲振动在面板和曲梁周期结构的连结点传递给各个曲梁周期结构，一方面，振动在小面板和曲梁周期结构之间形成反射，使得一部分的能量转化为小面板的振动而不进行传递；另一方面，振动经过曲梁的传递时，会发生波型转换转化为不易传播的纵波，因此振动在经过曲梁周期结构传递后得到衰减；到达下面板的振动减小，实现振动隔离。
上述实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (8)
1.一种基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，其特征在于，主要由上面板、中间的多个曲梁周期结构以及下面板构成，多个曲梁周期结构并排设置在所述面板的长度和宽度方向上，在长度和宽度方向形成周期性；在所述面板的厚度方向上，曲梁周期结构是由多层小面板-曲梁组成的周期结构，振动沿着该厚度方向经曲梁进行传播时，会发生波的传递和转换，并形成周期结构的阻带特征，使得振动得到极大的衰减；所述各个曲梁周期结构的小面板与上、下面板相连。
2.根据权利要求1所述的基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，其特征在于，所述上、下面板在各个曲梁周期结构之间焊接有加强筋，以阻挡振动沿着上、下面板面内的传递。
3.根据权利要求1所述的基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，其特征在于，所述小面板上设有橡胶垫，用以调整小面板与上、下面板的距离，并起到减振作用。
4.根据权利要求3所述的基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，其特征在于，所述橡胶垫的厚度为2～3mm。
5.根据权利要求1所述的基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，其特征在于，所述曲梁的弯曲角度可以是120°～240°之间的任意角度。
6.根据权利要求1所述的基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，其特征在于，所述小面板是各种形状的质量块。
7.根据权利要求1所述的基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，其特征在于，所述曲梁和小面板的材料可以是金属材料、金属-橡胶-金属或金属-多孔金属-金属组成的三明治材料。
8.根据权利要求1所述的基于波型转换的曲梁结构周期浮筏，其特征在于，所述曲梁和小面板之间可以采用螺栓连接，也可以采用焊接。
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