【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計與建造人員關注。由流體激勵而產生的強烈振動會導致管路系統(tǒng)顫振失穩(wěn),甚至發(fā)生疲勞斷裂;同時,管路作為海水泵設備向艦船結構振動傳遞路徑,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,采用改進傅里葉級數(shù)法對流固耦合振動微分方程及邊界條件進行求解,并在MATLAB環(huán)境中編程仿真,得到經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,設計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特性進行了建模分析,優(yōu)化其內部作動元件幾何構型;并對電磁出力模塊的出力性能進行測試,以評估主動吸振裝置出力特性;最后對吸振裝置整體進行了結構設計,為管路振動主動控制實施奠定基礎�；跒V波x-LMS自適應控制算法,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,初步驗證了所搭建程序結構的正確性與有效性。搭建管道振動控制實驗臺架系統(tǒng),以管道振動為控制對象,采用V型主動吸振裝置為執(zhí)行機構,基于LabVIEW所開發(fā)主動控制程序,對管路系統(tǒng)進行振動主動控制實驗研究。實驗結果表明管道徑向多個方向振動均可獲得一定程度的抑制,驗證了所設計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。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U674.70
【圖文】：

料(PZT)[37]，并隨著計算機、電子等學科的發(fā)展，使得上世紀80年代中期壓電材料才作為智能材料在振動主動控制領域得到越來越多關注。壓電式作動器具有出力大、響應快、結構尺寸孝功耗低等優(yōu)點，很適合需要多方向振動噪聲控制的輸流管路，為此很多學者基于壓電式作動器對管路內的流體脈動和噪聲輻射問題進行了主動控制研究。瑞典學者Maillard等[38,39]針對艦船內部由于流體激勵導致的壓力脈動問題而引起的管路系統(tǒng)振動噪聲問題進行了研究，其設計了一套由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，根據管道內部的壓力脈動情況，有針對性的對管道內流體壓力脈動進行控制，實驗結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物與實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)行機構，來實現(xiàn)對于管路內流體脈動以及振動噪聲輻射的控制。該主動執(zhí)行機構由8個壓電堆作動器均勻布置于管道周向，通過調節(jié)控制器的方式來對流體脈動及振動輻射噪聲進行控制。研究表明，當要求控制器對流體脈動噪聲進行最優(yōu)控制時，水聽器所測得的平均衰減效果約有12.8dB，但其遠場處輻射出的噪聲信號將顯著的增加；若設計控制器對輻射噪聲進行最優(yōu)控制時，遠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。若綜合考慮同時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]，并隨著計算機、電子等學科的發(fā)展，使得上世紀80年代中期壓電材料才作為智能材料在振動主動控制領域得到越來越多關注。壓電式作動器具有出力大、響應快、結構尺寸孝功耗低等優(yōu)點，很適合需要多方向振動噪聲控制的輸流管路，為此很多學者基于壓電式作動器對管路內的流體脈動和噪聲輻射問題進行了主動控制研究。瑞典學者Maillard等[38,39]針對艦船內部由于流體激勵導致的壓力脈動問題而引起的管路系統(tǒng)振動噪聲問題進行了研究，其設計了一套由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，根據管道內部的壓力脈動情況，有針對性的對管道內流體壓力脈動進行控制，實驗結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物與實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)行機構，來實現(xiàn)對于管路內流體脈動以及振動噪聲輻射的控制。該主動執(zhí)行機構由8個壓電堆作動器均勻布置于管道周向，通過調節(jié)控制器的方式來對流體脈動及振動輻射噪聲進行控制。研究表明，當要求控制器對流體脈動噪聲進行最優(yōu)控制時，水聽器所測得的平均衰減效果約有12.8dB，但其遠場處輻射出的噪聲信號將顯著的增加；若設計控制器對輻射噪聲進行最優(yōu)控制時，遠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。若綜合考慮同時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，但遠場噪聲相比于僅考慮流體脈動噪聲時會有明顯的衰減，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際控制效果。圖1.2環(huán)型主動執(zhí)行機構與控制效果對于壓電式主動執(zhí)行機構，國內眾多學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)流閥的開關狀態(tài)，從而對管道內流量進行調節(jié)分流，變相的實現(xiàn)了對管道內流體激勵的振動控制。率志君[42]將壓電陶瓷管設計成次級源管段用于控制管道內流體壓力脈動，結合x-LMS自適應控制算法對充液管道的流體壓力脈動平面波進行主動控制實驗。實驗結果顯示，在100-450Hz的頻段內，所設計的主動控制系統(tǒng)對單頻的壓力脈動有20-30dB的控制效果，對窄帶隨機壓力脈動有10dB左右的控制效果。說明所設計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到控制效果，這便要求了主動控制策略及控制器設置的復雜性；同時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。因此國內外學者對使用個數(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】

相關碩士學位論文 前1條

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

本文編號：2802301