高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置及其建模方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置，包括介于双层壳体舷间的压力缸、外侧托板、内侧托板以及粘弹性阻尼材料，其中，压力缸内设有活塞面板，活塞面板与压力缸的内壁间隙配合；外侧托板上部固定连接于轻围壳，下部伸入压力缸内与活塞面板固定连接；内侧托板下部固定连接于耐压壳，上部与压力缸的底部固定连接；所述粘弹性阻尼材料密封在压力缸内，且粘弹性阻尼材料的上下表面分别与其接触的板件硫化为一个整体。此种装置在正常载荷时工作刚度低，突发大载荷大变形时限位刚度高，结构简单，使用维护方便，隔振效果显著。本发明专利技术还公开一种高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置的建模方法。

【技术实现步骤摘要】
高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置及其建模方法
本专利技术属于结构振动噪声控制领域，尤其涉及一种高静低动刚度的双层壳舷间减振降噪用复合阻波托板结构及其工作方法。
技术介绍
随着反潜探测手段和反潜武备的发展，对水下航行体安静性的要求越来越高，因此减振降噪技术显得尤为重要。现有托板构件是水下航行体双层壳舷间必要的连接构件，普遍采用均质钢材料，以均匀布置的方式焊接在航行体结构上，主要用于提高水下航行体的整体或局部结构强度和稳定性，其设计主要是考虑结构承载安全性和设备布置的因素，对结构声学性能控制措施考虑较少。由于托板是横向刚性连接，导致内外壳间存在很强的耦合作用，内壳受激振动可直接经托板传递到外壳，引起外壳的振动和噪声辐射。已有研究对双层壳舷间主传递通道中振动波进行了隔振隔声设计，基于阻抗失配原理，利用阻振质量技术设计了几种高传递损失的复合托板结构，但刚性隔振仅对入射波能量起反射作用，未能将其有效衰减，尤其是在较低频段内隔振降噪性能较差。进一步地，有研究提出应用粘弹性阻尼材料夹层来提高阻抗失配程度，降低振动波传递，同时将反射能量有效耗散吸收，以提高减振降噪效果。试验表明，这种粘弹材料夹层的复合托板有效拓宽了隔振频带，对振动波传递具有较强的抑制作用。但由于粘弹性材料弹性模量一般较小，若使用这种粘弹材料夹芯结构，势必会大幅降低双层壳舷间的连接刚度，在降低动刚度的同时也带来了静刚度不足的问题，特别是当轻围壳遭遇突发载荷时，双层壳间更易于形成过大的径向相对位移而造成结构的损伤。随着对粘弹性阻尼材料性能研究的深入，发现大多数粘弹材料均具备较高的泊松比和体积模量，针对水下航行体实际工作温度-频率环境，找出了诸如类似丁腈橡胶一类的粘弹材料，该环境下这类材料具备较高的损耗因子，其体积模量也较弹性模量高出2～3个数量级。本专利技术利用粘弹材料这一特性，设计使得在正常工作状态下复合托板的刚度受粘弹材料弹性模量来控制，以呈现较低的动刚度，而在遭遇突发大载荷大变形时复合托板的刚度受体积模量来控制，呈现较高的径向连接静刚度。本专利技术在“高静低动”刚度的设计理念基础上，进一步提出了多层粘弹材料夹芯的复合托板设计，指出多个夹芯层会大幅提高阻抗失配度且隔振效果更显著，以此复合阻波技术为基础专利技术了高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置及其建模方法，在正常载荷时工作刚度低，突发大载荷大变形时限位刚度高，结构简单，使用维护方便，隔振效果显著。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置，其特征在于：包括介于双层壳体舷间的压力缸、外侧托板、内侧托板以及粘弹性阻尼材料，其中，压力缸内设有活塞面板，活塞面板与压力缸的内壁间隙配合；外侧托板上部固定连接于轻围壳，下部伸入压力缸内与活塞面板固定连接；内侧托板下部固定连接于耐压壳，上部与压力缸的底部固定连接；所述粘弹性阻尼材料密封在压力缸内，且粘弹性阻尼材料的上下表面分别与其接触的板件硫化为一个整体。上述压力缸包括上端板、导向板、侧封板和下底板，其中，侧封板的上、下两端分别与上端板、下底板固定密封，构成密闭缸体；活塞面板两侧与侧封板间隙配合；导向板设有两个，位于上端板的外表面，并分别设于外侧托板的两侧。上述侧封板与上端板、下底板之间分别设有密封垫片。上述导向板与外侧托板接触的内表面开设有两条沟槽，每条沟槽内设有一条尼龙套，且尼龙套向外侧托板一侧凸出。上述外侧托板下部穿过上端板伸入压力缸内，外侧托板的承载段与上端板之间滑动配合，并通过密封圈密封。一种高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置的建模方法，包括复合托板装置处于正常载荷状态下的工作段时的动刚度，以及复合托板装置处于偶发载荷状态下的限位段时的静刚度，两种状态下的等效连接刚度均表达为：式中，K1、K2、K3、K4分别表示内侧托板、外侧托板、下底板、活塞面板的刚度，K5、K6分别表示下部粘弹层、上部粘弹层刚度；其中，①在q＝1,2,3,4,6时，Kq＝(EqAq)/L；②在q＝5时，K5分不同阶段讨论，当复合托板处于工作段时：K5＝(E5A5)/L，当复合托板处于限位段时：K5＝(B5A5)/L；式中托板总高度L＝lT1+lM1+lN1+lM2+lT2，设内、外侧托板的高度为lT1、lT2，下端板和活塞面板的高度分别为lM1、lM2，下、上部粘弹层的厚度为lN1、lN2，Eq、Aq为各部件所对应的弹性模量和沿两层壳间径向的截面面积；B5为下部粘弹层材料的体积模量。定义主方向，及分别与其垂直的第二方向、第三方向，预留间隙存在以下关系：其中，Δl10为主方向的变形，Δl20、Δl30分别为第二、第三方向的预留间隙，ε1为主变形，l10、l20、l30分别为主变形方向、第二方向、第三方向的初始长度，μ21、μ31分别为第二、第三方向的泊松比。复合托板在工作段内起隔振作用，限位段内起限制变形作用，工作段内的隔振效果为：定义通道形式1是一层粘弹层夹芯，对弯曲波和纵波的阻隔均有效：对纵波的衰减：其中，τz为纵波透射系数，ω为纵波振动圆频率，m为阻振质量，Z1为纵波传递路径的界面阻抗，l为粘弹层长度，E2为与粘弹层的弹性模量，S为纵波沿传递方向的界面面积，lz为截面扩大与截面减小处两个位置之间的距离，S2为纵波沿传递方向截面扩大后的截面面积；对弯曲波的衰减：其中，τw为弯曲波透射系数，λ1为入射波弯曲波波长，m为阻振质量，m′为单位面积板的质量，Θ为阻振块质量惯性矩，k1′为与粘弹层相邻的材料中入射弯曲波的波数，E1为与粘弹层相邻的材料弹性模量，E2为与粘弹层的弹性模量；h为压力缸宽度，μ2为粘弹层泊松比；定义通道形式2是两层粘弹层夹芯，仅对弯曲波阻隔有效：对弯曲波的衰减：其中，τw为弯曲波透射系数。采用上述方案后，本专利技术结合双层壳结构的水下特殊工作环境，以粘弹性阻尼材料和阻振质量为介质设计隔振托板结构，该结构在正常载荷时工作刚度低、突发大载荷大变形时限位刚度高、结构简单、使用维护方便、隔振效果显著，且能方便通过调节结构材料尺寸等参数来应对各种工作需求；经这种特殊结构设计后，本专利技术在水下双层壳结构的舷间隔振领域可广泛运用，以阻隔振动波传递、降低结构振动烈度，削减辐射噪声线谱。本专利技术基于阻抗失配原理，利用增设阻振质量、粘弹层的措施抑制振动波的传递，利用粘弹性阻尼材料将阻挡的振动波能量消耗吸收，针对粘弹材料具有较低的弹性模量、较高的泊松比和体积模量的材料属性特征，设计实现复合托板在正常工作时具备较低动刚度、较高阻抗失配度，来达到显著的隔振效果，同时兼顾在遭遇突发大载荷大变形时其仍具有较高的径向静刚度来限制变形。基于本专利技术提供的技术方案，具有以下特点：(1)可以通过选择不同类型的粘弹性阻尼材料(改变材料模量)、不同的压力缸体宽度来改变舷间复合阻波托板的动刚度、静刚度和隔振性能。(2)可以通过选择不同的粘弹性阻尼材料厚度来改变舷间复合阻波托板的隔振性能。(3)可以通过选择不同的预留结构缝宽度来改变舷间复合阻波托板的工作段(低动刚度)允许最大振幅。(4)舷间复合阻波托板的工作段刚度很小，可以有效隔振，限位段刚度很大，在遭遇突发大载荷大变形时可以有效避免因位移过大导致结构损本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置，其特征在于：包括介于双层壳体舷间的压力缸、外侧托板、内侧托板以及粘弹性阻尼材料，其中，压力缸内设有活塞面板，活塞面板与压力缸的内壁间隙配合；外侧托板上部固定连接于轻围壳，下部伸入压力缸内与活塞面板固定连接；内侧托板下部固定连接于耐压壳，上部与压力缸的底部固定连接；所述粘弹性阻尼材料密封在压力缸内，且粘弹性阻尼材料的上下表面分别与其接触的板件硫化为一个整体。

【技术特征摘要】
1.一种高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置，其特征在于：包括介于双层壳体舷间的压力缸、外侧托板、内侧托板以及粘弹性阻尼材料，其中，压力缸内设有活塞面板，活塞面板与压力缸的内壁间隙配合；外侧托板上部固定连接于轻围壳，下部伸入压力缸内与活塞面板固定连接；内侧托板下部固定连接于耐压壳，上部与压力缸的底部固定连接；所述粘弹性阻尼材料密封在压力缸内，且粘弹性阻尼材料的上下表面分别与其接触的板件硫化为一个整体。2.如权利要求1所述的高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置，其特征在于：所述压力缸包括上端板、导向板、侧封板和下底板，其中，侧封板的上、下两端分别与上端板、下底板固定密封，构成密闭缸体；活塞面板两侧与侧封板间隙配合；导向板设有两个，位于上端板的外表面，并分别设于外侧托板的两侧。3.如权利要求2所述的高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置，其特征在于：所述侧封板与上端板、下底板之间分别设有密封垫片。4.如权利要求2所述的高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置，其特征在于：所述导向板与外侧托板接触的内表面开设有两条沟槽，每条沟槽内设有一条尼龙套，且尼龙套向外侧托板一侧凸出。5.如权利要求2所述的高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置，其特征在于：所述外侧托板下部穿过上端板伸入压力缸内，外侧托板的承载段与上端板之间滑动配合，并通过密封圈密封。6.一种高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置的建模方法，其特征在于：包括复合托板装置处于正常载荷状态下的工作段时的动刚度，以及复合托板装置处于偶发载荷状态下的限位段时的静刚度，两种状态下的等效连接刚度均表达为：式中，K1、K2、K3、K4分别表示内侧托板、外侧托板、下底板、活塞面板的刚度，K5、K6分别表示下部粘弹层、上部粘弹层刚度；其中，①在q＝1,2,3,4,6时，Kq＝(EqAq)/L；②在q＝5时，K5分不同阶段讨论，当复合托板处于工作段时：K5＝(E5A5)/L，当复合托板处于限位段时：K5＝(B5A5)/L；式中托板总高度L＝lT1+lM1+lN1+lM2+lT2，设内、外侧托板的高度为lT1、lT2，下端板和活塞面板的高度分别为lM1、lM2，下、上部粘弹层的厚度为lN1、lN2，Eq、Aq为各部件所对应的弹性模量和沿两层壳间径向的截面面积；B5为下部粘弹层材料的体积模量。7.如权利要求6所述的高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置的建模方法，其特征在于：定义主方向，及分别与其垂直的第二方向、第三方向，预留间隙存在以下关系：其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志坚，唐宇航，梅志远，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42