吳 鵬，董佳歡，孫開念

（1. 駐上海地區(qū)第四軍事代表室，上海 200090；2. 上海船用柴油機研究所，上海 200090；3. 江南造船（集團）有限責(zé)任公司，上海 201913）

0 引 言

隨著增強船舶的舒適性和降低水下輻射噪聲等方面的需求日益提高，船用動力設(shè)備減振、隔振技術(shù)在船舶上的應(yīng)用越來越廣泛[1-2]。根據(jù)船舶不同的振動噪聲控制要求，常用的被動隔振形式主要有單層隔振、雙層隔振和浮筏隔振等。目前，有關(guān)設(shè)備基座阻抗對隔振裝置隔振性能的影響已有廣泛認識和大量研究[3-5]。事實上，船體基座與船體結(jié)構(gòu)是不可分割的，雙層隔振系統(tǒng)與船體結(jié)構(gòu)阻抗具有一定的匹配性，尤其是船體基座局部結(jié)構(gòu)的強度會影響隔振裝置的性能。

本文以某船泵組雙層隔振裝置為例，介紹船體基座局部結(jié)構(gòu)剛度對雙層隔振裝置隔振性能的影響，通過有限元計算和實船測試分析船體基座振動響應(yīng)過大的原因，提出有效的改進措施，說明船體基座局部結(jié)構(gòu)剛度對雙層隔振裝置隔振性能的影響，為船體基座的阻抗設(shè)計提供參考。

1 支撐結(jié)構(gòu)阻抗對隔振裝置隔振效果的影響

隔振裝置的隔振效果通常采用傳遞損失VR或振級落差LV評價[6]。安裝在非剛性基座上的雙層隔振裝置見圖1。

圖1 安裝在非剛性基座上的雙層隔振裝置

傳遞損失為

式(1)中：v1為機腳振動速度；v4為基座振動速度響應(yīng)；ZL為非剛性基座的輸入阻抗；T21和T22為傳遞函數(shù)。

振級落差為

由式(1)和式(2)可知：當ZL減小時，VR增大；當LV減小時，增大。

對于安裝在非剛性基座上的雙層隔振系統(tǒng)而言，基座振動響應(yīng)不僅與設(shè)備的振動烈度和隔振裝置的性能有關(guān)，而且與基座的阻抗特性密切相關(guān)。在相同情況下，基座的阻抗越大，振動響應(yīng)越小。

2 泵組雙層隔振設(shè)計及要求

對于科考船等需滿足水下輻射噪聲設(shè)計要求的船舶而言，應(yīng)在設(shè)計初期開展發(fā)電機組、推進電機和輔機等動力設(shè)備的指標分解。對于海水泵、淡水泵等流量較大的泵組而言，只有進行雙層隔振安裝才能達到設(shè)計要求。泵組相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 泵組相關(guān)技術(shù)參數(shù)

泵組雙層隔振裝置主要由泵組公共底座、隔振元件（上下層隔振器和撓性接管）和中間筏體等組成，本文研究的泵組雙層隔振裝置示意見圖2。

圖2 泵組雙層隔振裝置示意

隔振裝置臺架試驗結(jié)果表明，該裝置的隔振效果良好。實船安裝之后，測試基座面板10處的振動加速度響應(yīng)，測點示意見圖3。通過能量平均的方式評估基座的振動情況。結(jié)果顯示，船體基座面板的振動響應(yīng)較大，未能達到預(yù)計的設(shè)計指標要求（見圖4）。在125Hz和160Hz中心頻率處，振動響應(yīng)存在異常。在設(shè)計雙層隔振裝置過程中，經(jīng)計算垂向系統(tǒng)頻率遠小于該頻率，判斷可能是由中間筏體固有頻率和船體結(jié)構(gòu)引起的。

圖3 基座面板測點示意

圖4 雙層隔振裝置實船隔振效果測試及設(shè)計要求

由圖4可知，中間筏體在125Hz和160Hz中心頻率處的振動明顯小于基座振動響應(yīng)，因此判斷中間筏體不是引起基座振動異常的原因。

3 隔振系統(tǒng)振動的有限元計算分析

建立隔振裝置所在艙段雙層底的有限元模型（見圖5）。建模原則如下：

1) 模型邊界為船長和船寬方向的強結(jié)構(gòu)，如實肋板、橫縱艙壁等；

2) 在強結(jié)構(gòu)處進行邊界約束，根據(jù)實際情況選用對稱約束和鉸支；

3) 根據(jù)計算頻率選取合適大小的網(wǎng)格，保證計算精度。

圖5 隔振裝置所在艙段雙層底有限元模型

通過對底部艙段模態(tài)進行計算可知，148Hz頻率附近船體內(nèi)底板板格存在局部模態(tài)（見圖6），這與基座在125Hz和160Hz中心頻率處的振動響應(yīng)過大存在一致性。因此，建議在內(nèi)底板下方基座處進行結(jié)構(gòu)加強，分別在基座底部增加3根加強筋，即尺寸為150mm×12mm的扁鋼。圖7為局部結(jié)構(gòu)加強之后148Hz頻率對應(yīng)的結(jié)構(gòu)模態(tài)。

圖6 內(nèi)底板板格局部模態(tài)（148 Hz）

圖7 局部結(jié)構(gòu)加強之后148 Hz頻率對應(yīng)的結(jié)構(gòu)模態(tài)

4 實船測試結(jié)果

對基座所在雙層底進行局部結(jié)構(gòu)加強，即在基座下方焊接3處尺寸為 150mm×12mm的扁鋼。通過測試水泵4個機腳的振動加速度，采用能量平均的方式得到機腳振動，設(shè)備機腳總振級為122dB，基座總振級為88dB?？傉窦売嬎愎綖長V總=10lg(Σ10^(LVi/10))，其中LVi為各頻帶對應(yīng)的振動級。

隔振效果采用振級落差評價，計算公式可表示為L=L0-L1，其中：L0為設(shè)備機腳振動級，dB；L1為基座振動級，dB。由此可得該隔振裝置的隔振效果為34dB（見圖8）。

圖8 內(nèi)底板加強前后振動響應(yīng)對比

5 結(jié) 語

本文針對實船安裝隔振裝置之后其基座振動響應(yīng)過大的問題，通過有限元計算分析和實船測試驗證，分析說明船體局部結(jié)構(gòu)與雙層隔振系統(tǒng)的匹配性問題，主要得到以下結(jié)論：

1) 為保證隔振裝置的性能，需對船體支撐結(jié)構(gòu)提出阻抗要求，包括船體基座和船體局部結(jié)構(gòu)組成，尤其是船體局部結(jié)構(gòu)需進行加強；

2) 采用有限元對船體局部結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，對隔振裝置基座所在船體局部結(jié)構(gòu)加強具有一定的指導(dǎo)意義。