船用辅机浮筏动态特性有限元分析

　　前　言

　　多层隔振系统具有良好的隔振性能,常用于动力机组或精密设备的减振降噪,它在国内外船舶及车辆等的动力装置的振动隔离上已被广泛使用[2]。浮筏为一种特殊的多层隔振系统,它的减振降噪方法不是减少振动噪声源,而是改变振动噪声传播途径,对整个动力系统的安装方式进行改进,通过隔振系统内部各部件之间的“动力调谐”作用达到减振降噪目的。本文主要采用ANSYS软件计算并讨论了一个船用辅机浮筏隔振系统的动特性,对系统的固有频率、隔振器的隔振效果以及抗冲击能力进行了数值分析,浮筏装配后对其隔振效果进行了测试,测试结果表明本文的数值分析方法是可信的。

　　1　浮筏组成

　　本文讨论的辅机浮筏隔振系统由两台互为备用的电动液压泵、筏架、液压油油箱及隔振器组成,其安装示意图如图1所示。其中每台电动液压泵和筏架通过4个隔振器相连,筏架底部和船体间用8个下层隔振器相连。由于船体结构和舱内空间的限制,下层的8个隔振器为对称分布。油箱顶部4个角处还布置了限位器,以防止筏架尤其是油箱产生过大的动位移。

　　2　浮筏计算模型

　　按照ANSYS软件的使用要求,对浮筏隔振系统进行有限元建模。由于隔振系统结构比较复杂,建模时做了以下简化处理:液压泵用刚性固体块等效其质量,转动惯量和惯性矩;一个减振器用三个弹性单元来分别模拟其三个方向的刚度和阻尼;筏架由各种不同参数的板单元的组合来模拟;油箱内的油由体单元来模拟,但体单元的刚度小于油箱刚度的2个数量级,体的质量及重心的位置和油相同,这种近似处理方法忽略了油的流固耦合作用。整个浮筏系统由5145个板单元,2358个体单元,48个弹簧单元,共7551个单元组成,节点总数为6300个。其计算模型如图2所示。

　　3　下层隔振器静位移计算

　　为了考虑隔振器的布置是否合理,变形和受力是否均匀,下层隔振器选用BE和WH两种型号中相同系列的隔振器,分别计算了在自重作用下,下层隔振器的垂向静位称,列在表1加以比较。下层隔振器的布置如图3所示。

　　从表1可知,由于筏架结构不对称,在自重作用下,8个隔振器的静位移是不均匀的,所以受力也是不同的,其中13#、14#、15#隔振器的垂向位移最大。由两种隔振器的比较可见WH型隔振器的垂向静位移大于BE型,因为BE型隔振器的刚度比WH型的大。从表1还可以推知,8个隔振器的隔振效果一定不同,这种布置形式有可能会导致设备的偏转,影响隔振效果。

　　4　浮筏隔振系统固有频率和模态分析