[发明专利]高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置及其建模方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

本发明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。本发明在“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发明了高静低动刚度的双层壳舷间复合托板装置。

发明内容

本发明的目的，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，本发明的解决方案是：

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，K_q＝(E_qA_q)/L；

②在q＝5时，K₅分不同阶段讨论，