包括机械设备与壳体结构在内的潜艇浮筏隔振装置的 弹性体模型 .C’?。 在研究壳体表面振动所引起的水下声辐射问题 时，噪声水平很大程度上取决于艇内机械振动传递到 外部壳体上的振动量级。机械设备的隔振措施、 壳体结 构的型式等都会对振动的传递产生一定的影响，并在不同程 度上影响着潜艇的噪声水平。在潜艇声学设计阶段， 常 采用的方法为解析法和数值计算法。解析法适用于相 对简单的壳体模型，但是对于更具有工程意义的对 象。一般在计算复杂结构声振问题时， 由于有限元结合 的数值方法综合了 5DE 计算结 边界元法 （5DE F 7DE ） 构振动和 7DE 计算声辐射的优点GC&?。 该方法首先利用

  对艇装机械设备采取隔振措施和在结构表面粘贴阻尼 材料是最常用的两种方法。隔振是降低机械设备通过 基座传递结构噪声的主要手段。机械设备的隔振常采 用单层隔振和双层隔振装置，后者是在两层隔振器之 间安装中间质量，利用隔振器刚度和中间质量的设计 来抑制和衰减振动波的传播，从而获得良好的隔振效 即 果。近年来国内外大量采用了浮筏隔振降噪技术 AB#?， 把多个不同的机械设备弹性或刚性安装在一个公共的 筏体上， 筏体弹性支撑或悬挂在壳体结构上。浮筏隔振 系统是一种新型的减振降噪装置，它可有效地抑制机 械振动能量传递到船体，使潜船结构在振动激励下产 生的自噪声与辐射噪声大幅度降低。这不但可以提高 其隐蔽性， 还能够扩大其声纳探索距离， 对于提高潜 艇自身的生存能力至关重要。由于潜艇结构与筏体均 不能视为刚体， 尤其是浮筏隔振装置朝着大型化、 舱筏 方向发展时， 弹性结构模态向低频方向挪动， 必然对隔 振装置的低频振动特性产生重要影响； 而筏体、 设备和 壳体结构的高阶振动模态同时也影响到中、高频段的 机械振动传递特性，这一些因素将影响到壳体振动与噪 声预报的准确性。因此， 在建立数值模型时， 必须建立

  表 ’ 和表 / 为泵组浮筏隔振系统在四种工况下隔 振效果的计算值。 ’&# 号测点位于立式泵和其驱动电机 的机脚上， !、 - 号测点位于与浮筏系统侧向隔振器相连 的隔舱壁上， $&. 号测点位于基座上， 0、 ’% 号测点位于

  在该装置中， 立式水泵安装在筏架的上层， 卧式水泵安 筏架 装在筏架的下层 ’ 筏架下层隔振器安装在基座上， 侧向隔振器安装在隔舱壁加强梁上。舱段模型的设计 与真实潜艇之间满足结构静力相似、动力相似和声学 相似原理。模型重量 ?! @ ， 舱长 %A .， 直径 1 .。舱 体尾部一段为双层结构， 其余为单层结构， 由两个舱室 肋间距 组成。舱体内表面布置环肋板， 肋高 !!# ..， 建立 !A# ..。利用图 舱段模型的尺寸和物理参数， 。 为了比较理论和试 相应的有限元模型 （见图 1 和图 % ） 验数据之间的吻合性，以试验测得的水泵振动加速度 值作为理论计算的激励值。考虑到有限元模型对单元

  振动源计算值与试验值的比较 为了使计算结果符合潜艇舱 段 实 际 振 动 情 况 ， 必

  须保证振动源 （立式泵和卧式泵） 的振动与实测值相一 致。通过有限元流固耦合建模计算， 得到立式泵和卧式 得到此点的加速度 泵机脚处的振动位移， 由公式 （/ ） 值，下面对立式泵和卧式泵的加速度计算值和试验值 作比较分析。 图 -& 给出了立式泵三个方向的加速度 振 动 级 ， 图 . 给出了卧室泵的垂向加速度振动级。由图中曲线 可见， 在 /%&’%%% () 频段内， 计算得到的立式泵和卧 式泵的加速度振动级与试验测得的值基本吻合，说明 计算时施加的载荷与泵的实际振动情况相同； 在 /% () 以下的频段，由于受到隔振器本身固有频率和振型的 影响（理论计算无法考虑隔振器的固有频率和振型的 影响） ， 计算得到的立式泵和卧式泵的加速度振动级与 试验测得的值存在一定的误差。本文中立式泵和卧式 泵均在额定工况下运行，两泵的额定 转 速 为 /0-% 1 * 基频为 !0 ()。 /% () 以下频段内的激励误差不 234， 会影响整体计算结果的准确性。因此， 本文采用有限元 数值计算方式可以真实地模拟潜艇舱段 振 动 特 性 ， 理 论计算的激励值选取正确。

  和试验得到的部分测点的值。通过对泵组浮筏隔振系 统的优化设计，卧式泵下层采用 ! 个 ,!- 型隔振器， 筏架侧支承采用 筏架下支承采用 ! 个 ,.- 型隔振器，

  隔振系统振动传递的影响，立式泵分别选用两种不同 参数的隔振器。四种工况为： ! 立式泵采用 ,!% 型隔 筏架基座与甲板 振器； 立式泵采用 ,!% 型隔振器， 之间刚性连接； # 立式泵采用 ,!% 型隔振器； $ 立式泵 筏架基座与甲板之间刚性连接。 采用 ,!% 型隔振器，

  艇体用三角形的平面应力映射单元 0562241 来模拟。为 最大限度地考虑橡胶隔振器动刚度的非线性特性，本文把计 算频段分成多个步， 每一步对应一个计算频率， 在有限 元计算时，每个计算频率下的刚度值与橡胶隔振器对 应频率下的动刚度相同。在外壳的外部是无界流体， 利 用有限元模拟无界流体介质的主要困难是要满足

  卧式泵和其驱动电机的机脚上，测点的布置如图 / 所 立式泵隔振器由 ,!% 换成 ,!% 后， 立 示。 由表 / 可见，

  立式泵浮筏隔振系统的隔振效果 工况 % 工况 $ 工况 ( 工况

  析水下舱段的振动特性十分有效 & 计算结果正确。立式 泵和卧式泵的振动沿浮筏到壳体呈衰减趋势，从泵组 到壳体的振级衰减量均超过了 * #& 达到了舱段浮筏 隔振系统的设计要求。

  对潜艇泵组等辅机设备是采用了框架式浮筏隔振设计。以带 要 为充分的利用潜艇动力舱空间和提高其隐蔽性能，

  泵组浮筏隔振装置的潜艇舱段为研究对象， 采用有限元流固耦合理论， 以总振级为目标， 研究浮筏隔振系统的参数变化对 舱段振动特性的影响规律。 通过舱段缩比模型水下试验验证了理论计算方式的可靠性和框架式浮筏系统的隔振效果。 提出 的分析方法和结论对于其它动力设备的浮筏设计也具有参考价值。 关键词： 浮筏隔振， 流固耦合， 有限元， 潜艇 中图分类号： 87.A 1((A 文献标识码： 3

  尺 寸 的 要 求 ， 在 理 论 分 析 中 计 算 频 率 范 围 为 %&’%%% 取 ’ * # 倍频程中心频率进行计算分析。 ()，

  78..69:62, 辐射条件。典型的处理方法是将无限域用 距离结构一定远的吸声面 $% 截断， 波动方程求解域的 边界由流固耦合面与 $% 所围成。在 ;7=7 软件的应

  用中，数值试验已经证明当吸声表面距离结构外表面 （%(3 ’ # ， 以上时， 计算结果 达到 #% 3 为波速， # 为频率） 是可靠的。 图 ! 为潜艇舱段模型， 图 为泵组浮筏隔振装置。

  5DE 计算结构在流体介质中的耦合振动，然后取出结 构表面的法向振动速度， 并采用 7DE 计算声辐射。在

  复杂的水中壳体模型声振研究中，由于耦合振动的理 论计算以及水下声振的试验测量都很难，且由于 研究对象的特殊性， 公开报道的资料非常少见。以前的 研究多集中于某一频率下的声振特性分析。本文采用

  型，针对分析频段内的总振级研究由机械设备的激励 通过浮筏装置和基座到壳体表面的振动传递 的 规 律 ， 通过舱段缩比模型试验验证理论计算方式的 正 确 性 ， 分析浮筏隔振参数对艇载机械设备振动传递的影响规 律， 为实艇浮筏设计提供理论依据。

  式中： !!、 ! 和 #! 分别为结构系统的质量、刚度与阻 尼矩阵； !!#、 !# 和 #!# 分别为流体质量、刚度与阻尼矩 阵； $!# 为流体与结构的耦合矩阵 ’ 它们取决于流体介质 的密度、 粘滞度、 压力与温度等参数， 反映了它们对 于 结构所附加的粘性、刚度与阻尼以及两者之间的耦合 程度； %! 为 单 元 节 点 位 移 ； &! 为 节 点 压 力 ； !# 为 流 体 密 （!） 可以计算出结 度； ’! 为结构上受到的外力。由方程 构上各节点的振动位移值和结构与流体耦合面上节点 的压力值。节点加速度与节点位移的关系式为：

  对于民用航行器，振动与噪声影响到乘员的舒适 性以及机械设备的疲劳寿命，对用于军事目的的水下 航行器， 则直接影响到隐蔽性和作战性能。在减振降噪 领域， 各国海军相继提出了 “安静型” 潜艇、 “ 隐身型” 潜 艇的发展的策略目标

  员，安静型潜艇的研究和发展有很重要的战略意 义和现实意义。试验表明， 潜艇在电力推进工况下， 低 速航行的总辐射噪声级的 ’@ 左右主要来自于由潜艇 内部主、辅机和轴系运转通过引起壳体的振动向周围 水介质的辐射噪声 。为降低潜艇的结构辐射噪声，

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