【摘要】：管路系統(tǒng)廣泛存在于各類艦船,其振動噪聲問題受到設(shè)計(jì)與建造人員關(guān)注。由流體激勵而產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動會導(dǎo)致管路系統(tǒng)顫振失穩(wěn),甚至發(fā)生疲勞斷裂;同時(shí),管路作為海水泵設(shè)備向艦船結(jié)構(gòu)振動傳遞路徑,會大大影響艦船的聲隱身性和舒適性。為此,開展管路系統(tǒng)振動噪聲控制對于提高船舶綜合性能具有重要意義。本文以管路系統(tǒng)為研究對象,對其耦合振動特性及振動控制進(jìn)行了研究。為研究管路系統(tǒng)耦合振動特性,首先建立輸流管道橫向振動微分方程及邊界條件方程,采用改進(jìn)傅里葉級數(shù)法對流固耦合振動微分方程及邊界條件進(jìn)行求解,并在MATLAB環(huán)境中編程仿真,得到經(jīng)典邊界以及任意彈性支承下管道耦合系統(tǒng)固有頻率,以及邊界支承剛度與管內(nèi)流速等參數(shù)對管路耦合振動特性影響規(guī)律。為抑制管路系統(tǒng)空間多方向低頻振動,設(shè)計(jì)一種適用于各種管徑輸流管道的V型主動吸振裝置。首先對V型吸振裝置作動原理及其動力學(xué)特性進(jìn)行了建模分析,優(yōu)化其內(nèi)部作動元件幾何構(gòu)型;并對電磁出力模塊的出力性能進(jìn)行測試,以評估主動吸振裝置出力特性;最后對吸振裝置整體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為管路振動主動控制實(shí)施奠定基礎(chǔ)�；跒V波x-LMS自適應(yīng)控制算法,在LabVIEW平臺搭建了適用于V型管道吸振裝置主動控制程序,用于控制管路橫向振動;通過LabVIEW主動控制仿真分析,初步驗(yàn)證了所搭建程序結(jié)構(gòu)的正確性與有效性。搭建管道振動控制實(shí)驗(yàn)臺架系統(tǒng),以管道振動為控制對象,采用V型主動吸振裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu),基于LabVIEW所開發(fā)主動控制程序,對管路系統(tǒng)進(jìn)行振動主動控制實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明管道徑向多個方向振動均可獲得一定程度的抑制,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)V型主動吸振裝置對管道系統(tǒng)振動控制的適用性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U674.70
【圖文】：

料(PZT)[37]，并隨著計(jì)算機(jī)、電子等學(xué)科的發(fā)展，使得上世紀(jì)80年代中期壓電材料才作為智能材料在振動主動控制領(lǐng)域得到越來越多關(guān)注。壓電式作動器具有出力大、響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)尺寸孝功耗低等優(yōu)點(diǎn)，很適合需要多方向振動噪聲控制的輸流管路，為此很多學(xué)者基于壓電式作動器對管路內(nèi)的流體脈動和噪聲輻射問題進(jìn)行了主動控制研究。瑞典學(xué)者M(jìn)aillard等[38,39]針對艦船內(nèi)部由于流體激勵導(dǎo)致的壓力脈動問題而引起的管路系統(tǒng)振動噪聲問題進(jìn)行了研究，其設(shè)計(jì)了一套由6個PZT堆作動器組成的圓周環(huán)非浸入式主動控制裝置安裝在管路中，如圖1.1所示。通過各壓電堆作動器間的耦合相互作用，根據(jù)管道內(nèi)部的壓力脈動情況，有針對性的對管道內(nèi)流體壓力脈動進(jìn)行控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該控制系統(tǒng)的有效性。但該研究主要對流體的壓力脈動問題進(jìn)行了分析，并沒有解決管路振動和噪聲輻射的問題。圖1.1非浸入式管路振動主動控制實(shí)物與實(shí)際控制效果相比于上述研究，CheerJ,DaleyS.[40]綜合考慮了流體脈動以及管路振動和噪聲輻射的問題，同樣采用非侵入式環(huán)形壓電堆疊作動器來作為振動主動控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)對于管路內(nèi)流體脈動以及振動噪聲輻射的控制。該主動執(zhí)行機(jī)構(gòu)由8個壓電堆作動器均勻布置于管道周向，通過調(diào)節(jié)控制器的方式來對流體脈動及振動輻射噪聲進(jìn)行控制。研究表明，當(dāng)要求控制器對流體脈動噪聲進(jìn)行最優(yōu)控制時(shí)，水聽器所測得的平均衰減效果約有12.8dB，但其遠(yuǎn)場處輻射出的噪聲信號將顯著的增加；若設(shè)計(jì)控制器對輻射噪聲進(jìn)行最優(yōu)控制時(shí)，遠(yuǎn)場麥克所測得的平均衰減效果約有20dB，但流體脈動噪聲將會顯著增強(qiáng)。若綜合考慮同時(shí)控制流體脈動噪聲和振動噪聲輻射，雖然對流體脈動噪聲的抑

料(PZT)[37]，并隨著計(jì)算機(jī)、電子等學(xué)科的發(fā)展，使得上世紀(jì)80年代中期壓電材料才作為智能材料在振動主動控制領(lǐng)域得到越來越多關(guān)注。壓電式作動器具有出力大、響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)尺寸孝功耗低等優(yōu)點(diǎn)，很適合需要多方向振動噪聲控制的輸流管路，為此很多學(xué)者基于壓電式作動器對管路內(nèi)的流體脈動和噪聲輻射問題進(jìn)行了主動控制研究。瑞典學(xué)者M(jìn)aillard等[38,39]針對艦船內(nèi)部由于流體激勵導(dǎo)致的壓力脈動問題而引起的管路系統(tǒng)振動噪聲問題進(jìn)行了研究，其設(shè)計(jì)了一套由6個PZT堆作動器組成的圓周環(huán)非浸入式主動控制裝置安裝在管路中，如圖1.1所示。通過各壓電堆作動器間的耦合相互作用，根據(jù)管道內(nèi)部的壓力脈動情況，有針對性的對管道內(nèi)流體壓力脈動進(jìn)行控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該控制系統(tǒng)的有效性。但該研究主要對流體的壓力脈動問題進(jìn)行了分析，并沒有解決管路振動和噪聲輻射的問題。圖1.1非浸入式管路振動主動控制實(shí)物與實(shí)際控制效果相比于上述研究，CheerJ,DaleyS.[40]綜合考慮了流體脈動以及管路振動和噪聲輻射的問題，同樣采用非侵入式環(huán)形壓電堆疊作動器來作為振動主動控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)對于管路內(nèi)流體脈動以及振動噪聲輻射的控制。該主動執(zhí)行機(jī)構(gòu)由8個壓電堆作動器均勻布置于管道周向，通過調(diào)節(jié)控制器的方式來對流體脈動及振動輻射噪聲進(jìn)行控制。研究表明，當(dāng)要求控制器對流體脈動噪聲進(jìn)行最優(yōu)控制時(shí)，水聽器所測得的平均衰減效果約有12.8dB，但其遠(yuǎn)場處輻射出的噪聲信號將顯著的增加；若設(shè)計(jì)控制器對輻射噪聲進(jìn)行最優(yōu)控制時(shí)，遠(yuǎn)場麥克所測得的平均衰減效果約有20dB，但流體脈動噪聲將會顯著增強(qiáng)。若綜合考慮同時(shí)控制流體脈動噪聲和振動噪聲輻射，雖然對流體脈動噪聲的抑

第1章緒論5制效果稍有影響，但遠(yuǎn)場噪聲相比于僅考慮流體脈動噪聲時(shí)會有明顯的衰減，如圖1.2所示為非侵入式壓電環(huán)繞型振動控制裝置與實(shí)際控制效果。圖1.2環(huán)型主動執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制效果對于壓電式主動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，國內(nèi)眾多學(xué)者也對其開展了系統(tǒng)性的研究，并用于控制管路系統(tǒng)的振動噪聲問題。焦宗夏[41]提出一種基于壓電陶瓷的管道主動節(jié)流閥裝置，使用壓電陶瓷作為節(jié)流閥裝置的主動控制部件，通過主動程序的識別來控制節(jié)流閥的開關(guān)狀態(tài)，從而對管道內(nèi)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)分流，變相的實(shí)現(xiàn)了對管道內(nèi)流體激勵的振動控制。率志君[42]將壓電陶瓷管設(shè)計(jì)成次級源管段用于控制管道內(nèi)流體壓力脈動，結(jié)合x-LMS自適應(yīng)控制算法對充液管道的流體壓力脈動平面波進(jìn)行主動控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在100-450Hz的頻段內(nèi)，所設(shè)計(jì)的主動控制系統(tǒng)對單頻的壓力脈動有20-30dB的控制效果，對窄帶隨機(jī)壓力脈動有10dB左右的控制效果。說明所設(shè)計(jì)的壓電陶瓷管具有很好的控制效果，如圖1.3所示。圖1.3壓電陶瓷管段與實(shí)際控制效果通過以上分析可以看出，壓電式作動器多用于控制管路內(nèi)的流體壓力脈動以及輻射噪聲問題，并且為了控制多方向上的振動噪聲問題，需采用多個壓電式作動器共同工作來達(dá)到控制效果，這便要求了主動控制策略及控制器設(shè)置的復(fù)雜性；同時(shí)由于壓電式作動器的出力位移較小，因此對于低頻段的控制效果不佳；這些不足之處在一定程度上限制了壓電式作動器的使用。因此國內(nèi)外學(xué)者對使用個數(shù)相對較少、作動位移相對較大的電磁式作動器開展了豐富的研究。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 尹元西;船用水泵管系分布式吸振器應(yīng)用研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2019年

本文編號：2802301