调谐颗粒阻尼型浮筏的制作方法

本发明涉及船舶领域的浮筏隔振装置，具体的说是一种调谐颗粒阻尼型浮筏。

背景技术：

浮筏隔振装置被广泛运用于大型船舶减振降噪，其上部机械设备众多，激振频率特性复杂。因为筏架尺寸较大，同时重量受船舶总体限制又不能过大，其弹性模态频率可低至与机械设备激振频率接近，可能会引起低频共振。因此，以往对筏架的设计主要是对其结构进行优化，使其弹性模态频率避开机械设备激振频率，而筏架本身并不能对振动进行有效衰减，浮筏隔振装置的减振降噪主要依赖其下部安装的高性能隔振器，如气囊隔振器、橡胶隔振器等，但往往低频减振效果不佳。

如专利cn109695657a公开了一种拓扑优化浮筏筏体结构，筏体结构包括上面板、下面板、连接处加强筋、中间纵向加强筋、中间横向加强筋、两侧纵向加强筋、两侧横向加强筋、自锁接头孔洞和螺栓孔洞。该技术方案采用拓扑结构对浮筏隔振系统进行优化，使筏体结构在性能基本不变的情况下，质量相对于立方体结构减小约60％，同时增强了筏体抵抗破坏能力，使其具有较大的强度。但该浮筏筏体结构仍存在以下问题：(1)其所有的结构均为刚性连接，无法独立实现减振，只有与下端安装的空气弹簧配合才能达到提高减振效果的目的。(2)仍部分改变了浮筏筏体结构，使浮筏上供隔振装置安装的面积减小；(3)虽然记载了可以提高隔振性能，但由于缺少实验数据，其提高效果仍不明确，并且由于筏体结构均为刚性连接，其低频隔振效果不佳。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构极为简单、易于安装、不改变浮筏主体结构、能有效提高浮筏自身减振能力、低频隔振效果好、可独立或配合隔振器使用的调谐颗粒阻尼型浮筏。

技术方案包括至少两层面板、以及连接相邻两层面板的肋板，还包括有多个位于相邻两层面板间的、水平排列的调谐颗粒阻尼器；所述调谐颗粒阻尼器为圆柱体，其底面固定在所述肋板的侧壁上。

所述调谐颗粒阻尼器周期性设置在相邻两层面板间，结构整体呈现对称性和周期性。

所述调谐颗粒阻尼器包括圆柱形壳体以及填充在壳体内的阻尼颗粒，所述阻尼颗粒填充率为100％，直径d为1～10mm，级配或非级配。

所述阻尼颗粒材质为铁基颗粒、乌基颗粒或铅颗粒，其恢复系数e为0.1～0.9。

所述壳体的底面半径为r＝1/3～1/2h，高为h＝100～400mm，壳体厚度为2～6mm。

针对背景技术中的问题，发明人考虑利用现有的两层或多层的筏体结构，在相邻两层面板间设置多个水平排列的调谐颗粒阻尼器，将调谐颗粒阻尼器水平排列具有以下几个方面的考虑：(1)在所述肋板侧壁安装调谐颗粒阻尼器，达到整体阻尼效果，充分将振动能量转化为热能耗散掉，减振的同时不挤占设备的安装空间；(2)调谐颗粒阻尼器为圆柱体，水平排列下可以最大程度减少相邻两层面板的间距，缩小筏架的体积，使浮筏结构更加紧凑、保证强度；(3)将调谐颗粒阻尼器水平排列，底面直接安装在肋板上，不需要在面板上打孔安装，不会破坏面板的完整性，也不需要增加面板的厚度；在不增加浮筏结构体积和质量的前提下能有效提高减振能力，特别是低频隔振效果。

本发明的调谐颗粒阻尼器水平安装在相邻两层面板间的肋板侧壁上，根据实际减振需要多个调谐颗粒阻尼器呈现对称性和周期性的布置，可以实现更低频的带隙，从而有效吸收振动能量，获得良好的低频减振效果；优选的所述阻尼器壳体的底面半径为r＝1/3～1/2h，高为h＝100～400mm，壳体厚度为2～6mm。具体尺寸可根据实际减振需要进行合理选择，灵活适用于具有多层面板的浮筏结构。

经分析计算，本发明结构具备优良的中、低频减振特性和极宽的带隙特性，将其应用于船舶大型机械设备的浮筏隔振系统中，可独立使用，或者配合高性能隔振器获得双重减振能力，极大衰减了机械设备的振动传递，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明调谐颗粒阻尼型浮筏结构示意图。

图2为谐颗粒阻尼型浮筏结构的剖视图。

图3为未安装调谐颗粒阻尼器的浮筏模型图。

图4为本发明调谐颗粒阻尼型浮筏的模型图。

图5(a)-图5(f)分别为#1点～#6点的振动传递损失减振效果对比图。

其中，1-调谐颗粒阻尼器、1.1-壳体、2-第一面板、3-第二面板、4.1-横向肋板、4.2-纵向肋板、5-隔振器安装板。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明调谐颗粒阻尼型浮筏包括至少两层面板，本实施例中为两层面板，即第一面板2和第二面板3，相邻两层面板间用肋板垂直连接，所述肋板的安装数量和位置根据实际需要进行布置，本实施例中所述肋板包括横向肋板4.1和纵向肋排4.2，多个水平排列的调谐颗粒阻尼器1周期性布置相邻两层面板间，其底面固定在所述肋板的侧壁上，结构整体呈现对称性和周期性。所述调谐颗粒阻尼器1包括圆柱形的壳体1.1以及填充在壳体1.1内的阻尼颗粒，所述壳体1.1的底面半径为r＝1/3～1/2h，高为h＝100～400mm(具体高度根据实际需求进行设计)，壳体1.1厚度为2～6mm，所述阻尼颗粒填充率为100％，填充方式为自然堆积，直径d为1～10mm，优选2～4mm，级配或非级配，所述阻尼颗粒材质为铁基颗粒、乌基颗粒或铅颗粒，其恢复系数e为0.1～0.9。

图1和图2中仅示出了两层面板结构的浮筏，根据需要所述浮筏还可以具有多层面板结构，相邻两层面板间水平排列的多个调谐颗粒阻尼器。

进一步的，根据需要本发明浮筏还可以通过隔振器安装板5与隔振器配套使用。

为进一步验证本发明的减振效果，进行了如下分析计算：

分别测量图3所示未安装调谐颗粒阻尼器1的浮筏结构的振动传递损失和图4所示安装调谐颗粒阻尼器1的本发明浮筏结构的振动传递损失。

为模拟电机激励，模型中激励源采用中心四点同时激励；输出积分点选择#1点～#6点，其位置为气囊安装的上表面，边界条件为自由边界条件，参见图3。

分析结果：参见图5(a)～图5(f)分别为#1点～#6点的振动传递损失减振效果对比图，其中虚线表示未安装调谐颗粒阻尼器1的浮筏结构的振动传递损失，实线表示安装调谐颗粒阻尼器1的浮筏结构的振动传递损失。

从曲线图中可以看出，不同位置减振效果不同，6个点在中、低频全频段均能获得较好的减振效果，其中#4点和#5点低频隔振效果良好，多根线谱被消除；多个调谐颗粒阻尼器1周期排布的结构呈现出带隙特点，可以实现更低频的带隙。

分析结果表明，本发明调谐颗粒阻尼型浮筏单独使用状态下在中、低频全频段均具有减振效果，且在部分位置具有极佳的低频隔振效果，大大提高了浮筏隔振系统的减振能力，由此可以进一步推断，在与橡胶隔振器或气囊隔振器等隔振装置配合的情况下，会具有更佳的双重减振能力。

技术特征：

1.一种调谐颗粒阻尼型浮筏，包括至少两层面板、以及连接相邻两层面板的肋板，其特征在于，还包括有多个位于相邻两层面板间的、水平排列的调谐颗粒阻尼器；所述调谐颗粒阻尼器为圆柱体，其底面固定在所述肋板的侧壁上。

2.如权利要求1所述的调谐颗粒阻尼型浮筏，其特征在于，所述调谐颗粒阻尼器周期性设置在相邻两层面板间，结构整体呈现对称性和周期性。

3.如权利要求1或2所述的调谐颗粒阻尼型浮筏，其特征在于，所述调谐颗粒阻尼器包括圆柱形壳体以及填充在壳体内的阻尼颗粒，所述阻尼颗粒填充率为100％，直径d为1～10mm，级配或非级配。

4.如权利要求1或2所述的调谐颗粒阻尼型浮筏，其特征在于，所述阻尼颗粒材质为铁基颗粒、乌基颗粒或铅颗粒，其恢复系数e为0.1～0.9。

5.如权利要求3所述的调谐颗粒阻尼型浮筏，其特征在于，所述圆柱形壳体的底面半径为r＝1/3～1/2h，高为h＝100～400mm，壳体厚度为2～6mm。

技术总结
本发明涉及一种调谐颗粒阻尼型浮筏，解决了现有浮筏减振效果不佳，必须同隔振器配合使用、低频减振性能有待进一步提高的问题。技术方案包括至少两层面板、以及连接相邻两层面板的肋板，其特征在于，还包括有多个位于相邻两层面板间的、水平排列的调谐颗粒阻尼器；所述调谐颗粒阻尼器为圆柱体，其底面固定在所述肋板的侧壁上。本发明极为简单、易于安装、不改变浮筏主体结构、有效提高浮筏自身减振能力、低频隔振效果好、可独立或配合隔振器使用。

技术研发人员：尹礼航;张源潮;刘松;胡泽超;邱元燃;李创;成建伟
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：2020.09.03
技术公布日：2020.12.01