综合机舱主机隔振系统设计能源与动力工程(附件)【字数：12396】
摘 要 摘 要在当今工业高度发达的社会中，噪声和振动变得越来越多样化、频繁化。过多的噪声和振动不仅会影响机械设备的正常工作，更会对人的身心健康带来危害。随着海运事业和船舶装备的迅速发展，船舶各个方面的性能不断提高，相应的对船舶动力装置的振动和噪声控制也有了新的要求。本文以中小型集装箱船舶的柴油机为研究对象，对其进行综合机舱主机隔振设计。在设计过程中，首先对隔振系统的基座进行结构设计，兼顾稳定性和轻型化，并避开主机的高阶谐频，然后对隔振器的布置方案进行了设计，并对设计模型进行动力学分析（包括模态分析和谐响应分析），得到不同方案下的隔振系统的固有特性和隔振效果，从中选出最合适的一组方案 。最后，探讨了系统主要参数对隔振系统隔振效果的影响，具有明确的工程应用背景和实用价值。关键词船舶；隔振；模态分析；谐响应分析；有限元法
目录
第一章 绪论 1
1.1选题的背景和意义 1
1.2隔振系统 1
1.2.1单层隔振系统 2
1.2.2双层隔振系统 3
1.2.3浮筏隔振系统 4
1.2.4主动隔振控制技术 5
1.3 本文研究内容 6
第二章 综合机舱主机的隔振方案设计 7
2.1 综合机舱主机隔振设计的理论基础 7
2.2 综合机舱主机隔振设计方法 8
2.2.1 主机隔振设计步骤 8
2.2.2 隔振对象参数 9
2.3 综合机舱主机隔振系统设计 10
2.3.1 船舶隔振器类型和主要特性 10
2.3.2 隔振器设计原则及计算 11
2.3.3 主机隔振器参数计算 12
2.3.4 主机隔振系统方案设计汇总 13
第三章 主机隔振系统的模型设计 15
3.1 有限元分析理论 15
3.2 有限元分析方法和建模 16
3.3模态分析理论 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.3.1 模态分析的简介 17
3.3.2模态分析的定义 17
3.3.3 模态分析的理论基础 17
3.4 基座有限元模型方案设计 19
3.5 主机隔振系统有限元模型建立 25
第四章 主机隔振系统模态分析 27
4.1 主机隔振系统模态分析 27
4.1.1 方案一模态分析 27
4.1.2 方案二模态分析 31
4.1.3 方案三模态分析 33
第五章 主机隔振系统谐响应分析 36
5.1 谐响应分析 36
5.1.1 谐响应分析理论 36
5.1.2 谐响应分析方法步骤 36
5.2 主机隔振系统的谐响应分析 37
5.2.1 方案一谐响应分析 37
5.2.2 方案二谐响应分析 39
5.2.3 方案三谐响应分析 40
5.3 综合机舱主机单层隔振系统的确定 41
结论与展望 45
致 谢 46
参 考 文 献 47
第一章 绪论
1.1 选题的背景和意义
近年来，大型集装箱船舶发展迅猛，然而世界航运市场的需求是多样化的，具有多层次的特征。其中中小型集装箱船具有很强的适应性。从全球航线运力的分布上面比较，大型船舶有很大的局限性，除了东西航线外，几乎没有其他航行满足大型集装箱船的营运。所以发展中小型集装箱船可以提高运输服务需求的适应性，使运输服务具有柔性化的特征[1]。
在科学技术迅猛发展的今天，船舶尤其是舰船动力装置振动的控制问题的重要性已经日趋显露，船舶设计和制造商们越来越关注振动和噪声的控制问题。在民用船舶方面，船舶动力装置的振动和噪声不仅会影响船员所在舱室的居住性，而且还会影响他们的正常的工作生活，甚至危害船舶的安全性。振动还会使得船体部分结构出现裂缝或产生疲劳破坏，从而影响船舶的安全性和正常使用。除此之外，振动还会使得机器、仪表和设备失常，使其寿命缩短。所以关于振动和噪声的问题更加需要我们去重视。强迫振动和噪声是由于系统受到外界的振动源的激励而产生的，所以要达到减振降噪的目的就要避免共振或降低系统的整体振动水平[2]。
船舶营运时，影响船舶振动的因素有很多，船舶的振动水平涉及主机、辅机的运行以及船舶结构的设计等各个方面。因此，船舶防振是一个综合和权衡的过程。其中，在船舶动力装置上的采取的减振隔振措施可以产生很好的减振效果。隔振技术是在众多减振措施中应用范围比较广、应用方式多样化的一种方式。而且隔振技术还具有安装便捷、经济系高、隔振效果好的特点，被广泛的应用于船舶、汽车和航天等各个领域。
1.2 隔振系统
隔振，就是在地基与振源或地基与机械设备之间安装一个辅助系统，这个包含了隔振器的辅助系统将原本是刚性连接的振动源与地基或设备与地基变为了弹性连接，这样就可以隔离或减少振动传递的能量，从而达到减振降噪的目的[3]。可以根据隔振目的将隔振分为两类。一类是通过对振动源的控制，防止其产生的振动传播发散，称为积极隔振；另一类是对一些怕受振动干扰的设备进行隔离，采取一些隔振措施来减弱或消除振动对其产生的不利影响，称为消极隔振。根据控制系统外部能源输入的有无，还可以将隔振技术分为被动隔振（无源隔振）和主动隔振（有源隔振）。
所谓的被动隔振控制，就是对于船舶机械设备的振动隔离，在大量的研究和实践过程中，发展出一系列比较完善的隔振系统，其中包括单层隔振系统、双层隔振系统、浮筏隔振系统等[4]。
1.2.1 单层隔振系统
早在20世纪初，众多学者就针对船舶隔振问题进行了大量的研究工作。单层隔振是最早被提出来的一种隔振方式。单层隔振简图如图11所示。利用隔振器，船舶动力装置与船体基座弹性地安装到一起。当船舶扰动力的频率大于隔振器安装频率的1.41倍时，单层隔振装置一般可以达到12dB/倍频程的隔振效果，隔振效果优异，所以单层隔振措施在船舶上面普遍被采用[5]。
目前来看，单层隔振的发展是相对成熟的，有许多比较成熟的技术成果，但是单层隔振的缺点也很明显：当振源的扰动力频率相对较低时，隔振器的刚度就需要保持很小的值，然而这样就会导致系统稳定性变差。所以由于它的使用范围比较受到限制，单层隔振也就越来越难以满足大型船舶的需求，尤其是对于低转速的大型船舶设备，单层隔振的减振效果一点都不理想。
目录
第一章 绪论 1
1.1选题的背景和意义 1
1.2隔振系统 1
1.2.1单层隔振系统 2
1.2.2双层隔振系统 3
1.2.3浮筏隔振系统 4
1.2.4主动隔振控制技术 5
1.3 本文研究内容 6
第二章 综合机舱主机的隔振方案设计 7
2.1 综合机舱主机隔振设计的理论基础 7
2.2 综合机舱主机隔振设计方法 8
2.2.1 主机隔振设计步骤 8
2.2.2 隔振对象参数 9
2.3 综合机舱主机隔振系统设计 10
2.3.1 船舶隔振器类型和主要特性 10
2.3.2 隔振器设计原则及计算 11
2.3.3 主机隔振器参数计算 12
2.3.4 主机隔振系统方案设计汇总 13
第三章 主机隔振系统的模型设计 15
3.1 有限元分析理论 15
3.2 有限元分析方法和建模 16
3.3模态分析理论 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.3.1 模态分析的简介 17
3.3.2模态分析的定义 17
3.3.3 模态分析的理论基础 17
3.4 基座有限元模型方案设计 19
3.5 主机隔振系统有限元模型建立 25
第四章 主机隔振系统模态分析 27
4.1 主机隔振系统模态分析 27
4.1.1 方案一模态分析 27
4.1.2 方案二模态分析 31
4.1.3 方案三模态分析 33
第五章 主机隔振系统谐响应分析 36
5.1 谐响应分析 36
5.1.1 谐响应分析理论 36
5.1.2 谐响应分析方法步骤 36
5.2 主机隔振系统的谐响应分析 37
5.2.1 方案一谐响应分析 37
5.2.2 方案二谐响应分析 39
5.2.3 方案三谐响应分析 40
5.3 综合机舱主机单层隔振系统的确定 41
结论与展望 45
致 谢 46
参 考 文 献 47
第一章 绪论
1.1 选题的背景和意义
近年来，大型集装箱船舶发展迅猛，然而世界航运市场的需求是多样化的，具有多层次的特征。其中中小型集装箱船具有很强的适应性。从全球航线运力的分布上面比较，大型船舶有很大的局限性，除了东西航线外，几乎没有其他航行满足大型集装箱船的营运。所以发展中小型集装箱船可以提高运输服务需求的适应性，使运输服务具有柔性化的特征[1]。
在科学技术迅猛发展的今天，船舶尤其是舰船动力装置振动的控制问题的重要性已经日趋显露，船舶设计和制造商们越来越关注振动和噪声的控制问题。在民用船舶方面，船舶动力装置的振动和噪声不仅会影响船员所在舱室的居住性，而且还会影响他们的正常的工作生活，甚至危害船舶的安全性。振动还会使得船体部分结构出现裂缝或产生疲劳破坏，从而影响船舶的安全性和正常使用。除此之外，振动还会使得机器、仪表和设备失常，使其寿命缩短。所以关于振动和噪声的问题更加需要我们去重视。强迫振动和噪声是由于系统受到外界的振动源的激励而产生的，所以要达到减振降噪的目的就要避免共振或降低系统的整体振动水平[2]。
船舶营运时，影响船舶振动的因素有很多，船舶的振动水平涉及主机、辅机的运行以及船舶结构的设计等各个方面。因此，船舶防振是一个综合和权衡的过程。其中，在船舶动力装置上的采取的减振隔振措施可以产生很好的减振效果。隔振技术是在众多减振措施中应用范围比较广、应用方式多样化的一种方式。而且隔振技术还具有安装便捷、经济系高、隔振效果好的特点，被广泛的应用于船舶、汽车和航天等各个领域。
1.2 隔振系统
隔振，就是在地基与振源或地基与机械设备之间安装一个辅助系统，这个包含了隔振器的辅助系统将原本是刚性连接的振动源与地基或设备与地基变为了弹性连接，这样就可以隔离或减少振动传递的能量，从而达到减振降噪的目的[3]。可以根据隔振目的将隔振分为两类。一类是通过对振动源的控制，防止其产生的振动传播发散，称为积极隔振；另一类是对一些怕受振动干扰的设备进行隔离，采取一些隔振措施来减弱或消除振动对其产生的不利影响，称为消极隔振。根据控制系统外部能源输入的有无，还可以将隔振技术分为被动隔振（无源隔振）和主动隔振（有源隔振）。
所谓的被动隔振控制，就是对于船舶机械设备的振动隔离，在大量的研究和实践过程中，发展出一系列比较完善的隔振系统，其中包括单层隔振系统、双层隔振系统、浮筏隔振系统等[4]。
1.2.1 单层隔振系统
早在20世纪初，众多学者就针对船舶隔振问题进行了大量的研究工作。单层隔振是最早被提出来的一种隔振方式。单层隔振简图如图11所示。利用隔振器，船舶动力装置与船体基座弹性地安装到一起。当船舶扰动力的频率大于隔振器安装频率的1.41倍时，单层隔振装置一般可以达到12dB/倍频程的隔振效果，隔振效果优异，所以单层隔振措施在船舶上面普遍被采用[5]。
目前来看，单层隔振的发展是相对成熟的，有许多比较成熟的技术成果，但是单层隔振的缺点也很明显：当振源的扰动力频率相对较低时，隔振器的刚度就需要保持很小的值，然而这样就会导致系统稳定性变差。所以由于它的使用范围比较受到限制，单层隔振也就越来越难以满足大型船舶的需求，尤其是对于低转速的大型船舶设备，单层隔振的减振效果一点都不理想。
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