基于ADAMS建模浮筏隔振系統(tǒng)仿真探究

1、基于adams建模浮筏隔振系統(tǒng)仿真探究摘要：利用adams軟件與有限元軟件相結(jié)合，建立 剛?cè)狁詈细》じ粽裣到y(tǒng)模型。文章以功率流作為浮筏隔振系 統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究了該模型在不同參數(shù)條件下的隔振 性能，并與理論仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了模型的可靠 性。對(duì)于構(gòu)建復(fù)雜筏架的浮筏系統(tǒng)有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：剛?cè)狁詈?；浮筏隔振系統(tǒng)；功率流；建模引言目前，浮筏隔振系統(tǒng)已經(jīng)成為艦船動(dòng)力設(shè)備的重要隔振 手段，它與一般的隔振系統(tǒng)相比更能節(jié)省空間和中間質(zhì)量， 同時(shí)結(jié)構(gòu)更加緊湊，此外浮筏隔振系統(tǒng)具有優(yōu)良的減振降噪 效果，從而有效地增強(qiáng)水下艦艇的隱蔽性與舒適度。對(duì)于浮 筏隔振裝置的理論與試驗(yàn)研究是近年來(lái)隔振領(lǐng)域

2、的研究熱 點(diǎn)之一浮筏是將包括主機(jī)在內(nèi)的多臺(tái)重型設(shè)備安裝在同一筏架上，因而它是具有多個(gè)激勵(lì)源的隔振系統(tǒng)，其筏 架及基礎(chǔ)板的載重大，幾何尺寸也較大，要真實(shí)反映出浮筏 隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，剛?cè)狁詈戏治霰夭豢缮?。同時(shí)作為 一個(gè)復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，其隔振效果的評(píng)估方法也需要進(jìn)一步 研究。振動(dòng)的傳遞主要就是能量的傳遞，從能量角度研究振動(dòng) 問題更能反映問題的本質(zhì)。功率流作為一個(gè)反映能量的物理 量，可以作為一個(gè)綜合性能指標(biāo)，它兼顧了力和速度的信息, 給出了振動(dòng)傳遞的一個(gè)絕對(duì)度量的物理量。對(duì)于浮筏系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)具有更有利的指導(dǎo)意義。同時(shí)，由于艦船隔振系統(tǒng)較為大型，想要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究 比較困難，成本昂貴，所以在理論設(shè)計(jì)

3、階段既需要理論分析, 又要進(jìn)行相關(guān)的軟件仿真，從而實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證理論解和降低實(shí)驗(yàn) 成本的目標(biāo)。對(duì)于浮筏系統(tǒng)的仿真研究以patran等有限元 軟件和autosea統(tǒng)計(jì)能量軟件為主，但大量的研究證明 5-7： 方面，有限元方法主要針對(duì)單獨(dú)結(jié)構(gòu)中的靜力和 動(dòng)力學(xué)問題，無(wú)法滿足多體剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)的建模分析要求； 另一方面，有限元方法適用于低頻段，統(tǒng)計(jì)能量法適用于高 頻段，可是沒有統(tǒng)一的方法能夠?qū)χ虚g頻段進(jìn)行研究分析。 因此，本文考慮通過adams軟件與有限元軟件結(jié)合，建立剛 柔耦合浮筏隔振系統(tǒng)模型，以功率流為評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算不同參 數(shù)條件下的振動(dòng)特性，并將仿真結(jié)果與理論解進(jìn)行對(duì)比分 析。1浮筏隔振系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及

4、其功率流導(dǎo)出對(duì)于工程中常見的浮筏隔振裝置，其模型如圖1所示， 包括兩臺(tái)機(jī)組、梁式筏架以及四邊簡(jiǎn)支的彈性基礎(chǔ)，兩個(gè)剛 性機(jī)組分別通過兩個(gè)上層隔振器安裝在彈性筏架上，然后筏 架再通過兩個(gè)下層隔振器安裝在彈性基礎(chǔ)上?？梢詫⒄麄€(gè)浮 筏隔振系統(tǒng)分為5個(gè)子系統(tǒng)，分別為（）機(jī)組子系統(tǒng)a,（）上層隔振器b,（）中間筏架子系統(tǒng)c,（）下層隔 振器d,（）基礎(chǔ)子系統(tǒng)e。兩臺(tái)機(jī)組分別受到來(lái)自y方向 和z方向的簡(jiǎn)諧激勵(lì)力以及x方向的傾覆力矩作用。圖1浮筏隔振系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型圖2各子系統(tǒng)之間力與速度的傳遞關(guān)系用分別表示各個(gè)子系統(tǒng)a, b, c, d的上、下端輸入輸 出力，而 分別對(duì)應(yīng)了他們上下端的輸入輸出速度。對(duì)應(yīng)彈 性

5、基礎(chǔ)e受到的力與響應(yīng)速度分別記為fe和ve。分別為各 子系統(tǒng)的導(dǎo)納傳遞矩陣元素。圖2表示了各子系統(tǒng)之間力與 速度的傳遞關(guān)系。各子系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣推導(dǎo)過程詳見文獻(xiàn)8, 9。浮筏隔振系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的傳遞力以及相應(yīng)的速度 之間的關(guān)系如下：根據(jù)上式以及各子系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣相關(guān)表達(dá)式，可以得到 各交接處力與速度有關(guān)于外激勵(lì)的表達(dá)式為其中輸入各子系統(tǒng)的功率流pa, pb, pc, pd, pe分別可以 表示為式中，上標(biāo)h表示共馳轉(zhuǎn)置。2基于剛?cè)狁詈细》じ粽裣到y(tǒng)建模該模型是在adams/view模塊中建立的，它是adams核 心模塊之一。用戶可以像建立物理樣機(jī)一樣建立任何機(jī)械系 統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，而后對(duì)其進(jìn)行模擬仿真

6、，并能以動(dòng)畫形式觀 察主要的數(shù)據(jù)變化以及模型的運(yùn)動(dòng)，就像做實(shí)際的機(jī)械系統(tǒng) 試驗(yàn)一樣。圖3浮筏隔振系統(tǒng)adams模型如圖3所示，其中柔性基礎(chǔ)簡(jiǎn)化為四邊簡(jiǎn)支的板，而筏 架為四邊自由的柔性板。隔振器簡(jiǎn)化為彈簧阻尼器，其彈簧 剛度與阻尼系數(shù)可以通過編寫函數(shù)來(lái)確定，能很方便的實(shí)現(xiàn) 隔振器的線性與非線性特性。在adams中對(duì)柔性體的處理采用了有限元法與模態(tài)分析 法相結(jié)合的方法。先由有限元軟件ansys對(duì)柔性體進(jìn)行模態(tài) 分析，生成.rnnf文件，利用adams/flex模塊將此文件調(diào)入 adams中以生成模型中的柔性體，利用模態(tài)疊加法計(jì)算其在 動(dòng)力學(xué)仿真過程中的變形及連接節(jié)點(diǎn)上的受力情況，這樣可 以在機(jī)械系

7、統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型中引入柔性體，提高系統(tǒng)仿真精 度。adams軟件中帶有振動(dòng)分析模塊adams/vibration,利 用該模塊，可以對(duì)模型進(jìn)行頻域分析。3浮筏隔振系統(tǒng)計(jì)算及仿真分析建立adams浮筏隔振系統(tǒng)虛擬樣機(jī)模型如圖3所示，a 子系統(tǒng)為剛性質(zhì)量塊，考慮到結(jié)構(gòu)重心的調(diào)配，所以設(shè)定為 兩臺(tái)相同的機(jī)組，并且將它們相對(duì)于筏架進(jìn)行對(duì)稱分布；b 子系統(tǒng)為連接機(jī)組與筏架的隔振器，共兩組，每組四個(gè)；此 處c子系統(tǒng)為柔性板式筏架，自由邊界；d子系統(tǒng)為筏架和 基礎(chǔ)板間的隔振器，共四個(gè)，對(duì)稱分布；e子系統(tǒng)為柔性基 礎(chǔ)板，四邊簡(jiǎn)支。樣機(jī)具體物理參數(shù)見表1。除前六階剛體模態(tài)，各取筏架及基礎(chǔ)板前八階彈性振動(dòng) 模態(tài)，基

8、準(zhǔn)功率流為pref=10-12watto圖4 (a)與(b)分別為adams建模與理論解在機(jī)器質(zhì) 量改變時(shí)，傳遞到基礎(chǔ)的功率流變化情況。從圖中可以看出, 它們的共同點(diǎn)是增大機(jī)器質(zhì)量系統(tǒng)的剛體運(yùn)動(dòng)模態(tài)向低頻 域偏移，并使得傳遞到基礎(chǔ)的功率流曲線在中、高頻域整體 下移。兩種仿真結(jié)果均表明：增大機(jī)器質(zhì)量有利于減少輸入 基礎(chǔ)的功率流，提高系統(tǒng)的減振效果。a) adams建模仿真b) 理論建模仿真圖4機(jī)器質(zhì)量對(duì)輸入基礎(chǔ)功率流的影響4結(jié)束語(yǔ)首先，從仿真圖中可以看出在低頻域，浮筏隔振系統(tǒng)的 減振效果欠佳，當(dāng)激勵(lì)力頻率超過20hz以后，系統(tǒng)功率流 發(fā)生明顯下降，大幅提升隔振降噪效果。所以，浮筏隔振系 統(tǒng)在中、

9、高頻域有很好的減振效果。在相同的結(jié)構(gòu)形式以及激勵(lì)條件下，增大機(jī)器質(zhì)量可以 讓剛體運(yùn)動(dòng)模態(tài)向低頻域偏移，并使得傳遞到基礎(chǔ)的功率流 曲線在中、高頻域整體下移，有利于減少輸入到基礎(chǔ)的功率 流。但同時(shí)也得注意過大的機(jī)器質(zhì)量會(huì)增大結(jié)構(gòu)，而艦船的 空間載重是有限的，所以也不能一味的增加機(jī)器質(zhì)量。參考文獻(xiàn)1 t. y. li, x. m. zhang, y. t. zuo, et al. structural power flow analysis for a floating raft isolation system consisting of constrained damped beams j. j

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