复杂结构安装频率对传递功率流影响

　　引　　言

　　浮筏是近二十几年里发展的隔离船舶动力机械振动噪声的有效装置,目前有关浮筏隔振装置的理论与试验研究是隔振技术领域研究热点[1][2][3]。振动在结构中的传递实质是上振动能量的传输。1980年,H.G.DGOYDER等首次将功率流理论引入振动隔离领域,随后振动功率流法被广泛用于分析柔性隔振系统动力传递特性[4][5][6]。本文针对工程实际中机组多扰源弹性浮筏复杂隔振系统,建立机组—弹性浮筏—柔性基础耦合系统的一般理论模型,研究系统动态特性结构化分析方法,推导系统功率流传递方程,揭示系统动态特性传递机理。在机组激振力与安装频率不变的前提下,浮筏隔振系统中支承结构柔性成为影响隔振效果的关键因素。因此,本文根据工程实际中浮筏隔振装置数值计算结果,着重探讨机器安装频率及隔振器阻尼对支承结构柔性及浮筏隔振效果影响。分析方法具有普遍性,适用于不同机组、激励及支承形式的浮筏隔振系统动态特性分析。

　　1　浮筏隔振系统动力学模型

　　针对工程中常见的浮筏隔振装置,建立图1所示动力学一模型,其中n台动力机械通过隔振器支承于弹性筏体上,而筏体则通过另一组隔振器安装于柔性基础上。n台机器产生同频简谐激振力,但力幅可不尽相同;隔振器具有结构阻尼特性,考虑质量影响;筏体和基础视为弹性阻尼梁。

　　2　系统动力学分析

　　将浮筏隔振装置视为由机组A、上层隔振器B、筏体C、下层隔振器D和基础E五个子系统组成的复杂耦合系统,图2为系统动力传递关系,其中Aij、Bij、Cij、Dij、Eij(ij=1,2)分别为各子系统的广义四端参数。设作用于机组的简谐激振力为FS=[F1,F2,…,Fn]T,VS为相应于FS的速度响应向量,各子系统输出力与速度响应向量如图2所示。

　　2.1　机器子系统A

　　分别在各机器质心建立局部坐标,设机器i的支承位置坐标为xi=[xⁱ1,xⁱ2],i+1,2,…n。由刚体运动理论推导得子系统A的动力传递矩阵元素为

　　i=1,2,…,n,b=[1,1],mi和Ji分别为机器i的质量与转动惯量,w为激振力频率。

　　2.2　隔振器子系统B、D

　　由橡胶隔振器组成的子系统B的动态特性传递矩阵元素为

　　Ai、hi、ρi分别为隔振器截面积、高度及单位体积质量,Ei、ηi为材料弹性模量及阻尼损耗因子。同理,可得子系统D的动态特性传递矩阵。

　　2.3　弹性筏体C

　　设机器与子系统D中隔振器相对于筏体质心的位置坐标分别为a=[a1,a2,…,an],l=[11,12,…,lm],则子系统B中隔振器相对于筏体的位置坐标为ei=[ai+xⁱ1,ai+xⁱ2]。筏体的运动形态由刚体运动和弹性变形运动组成,其导纳矩阵元素Cij为