船用新型蜂窝隔振器的减振效果探讨

曹进一

摘要：随着我国社会的不断发展与进步，我国船用隔振器也进行了创新与改革。新型隔振器运用蜂窝结构的受力优点及抗冲击力的特征，将面内承载力低进行了全方位的改进，设计出了拥有宏观正、负泊松比效应的最新船用蜂窝隔振器，此隔振器还可作为蜂窝基座使用。本文通过全方位的探讨新型蜂窝隔振器的减震效果，从而也研究了其内部橡胶隔振器等一些隔震元器件的性能。

Abstract： With the continuous development and progress of our society， the innovation and reform of the ship vibration isolator are also carried out in China. With the characteristics of the force and impact resistance of the honeycomb structure， a full range of low bearing capacity is improved， and a new honeycomb vibration isolator with macroscopic positive and negative Poissons ratio effect is designed， and the isolator can also be used as a cellular base. In this paper， the vibration isolation effect of a new type of cellular isolator is discussed， and the performance of some isolated components such as rubber vibration isolator is also studied.

关键词：船舶；新型蜂窝隔振器；减震效果

Key words： ship；new cellular vibration isolator；vibration reduction effect

中图分类号：U661.44 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）32-0129-02

1 研究背景

在船舶的隔振系统中，主要有三种不同的系统类型，分别是单层、双层隔振系统及浮筏隔振系统。在隔振系统中，隔振器是最常规也是最基础的结构，在隔振器的隔振效果、抗冲击能力及降噪效果中已经很难有大的突破，所以必须采用全新的设计理念和全新的设计结构、材料来进行创新设计。通过对于新型隔振器的深入研究，得出蜂窝隔振器及其中隔振元器件比如橡胶隔振器及钢丝隔振器等的性能，本文就主要对此进行研究分析。

2 新型蜂窝隔振器中正、负泊松比的性能比较

2.1 蜂窝隔振器的结构分析

蜂窝隔振器主要是由上面板、蜂窝中间组及下面板三部分所构成。其中隔振器的结构尺寸的构建主要是由其设备的震动频率及强度、要求、空间等所控制的。船舶隔振器主要是安装在船底的板架上，其正上方则是震源。

2.2 新型蜂窝隔振器中正、负泊松比的性能分析

如图1所示，这两者在一定程度上存在着减振性能的差异，由此也可得知钢面板在于复合面板的蜂窝隔振器存在19db的差异，正波动比的差异达到17db，这也就说明了在低频段新型蜂窝隔振器有着非常好的隔振效果。在高频段虽然有些许波动，但是并不影响整体的隔振效果，其隔振效果还是非常好的。

2.3 钢面板与蜂窝隔振器之间的性能对比

在对新型蜂窝隔振器研究中得出以下两个表（表1与表2），由其中的数值可得知，蜂窝隔振器能够使频率降低，其机器也能够完美的避开共振点。

由此可推断蜂窝隔振器具有良好的隔振性能，蜂窝隔振器负泊松比的性能也能达到最佳状态。这是由于新型隔振器中的元周期是由蜂窝胞所组合，其也具备最好的变形能力，将动能转化为变能，使减振见过达到最佳状态。通过改善蜂窝胞元在其中的分布层数，还有其的长、宽及内壁的厚度，也可以一定程度的改善蜂窝隔振器中的频率及其他物理特征，从而使蜂窝隔振器更能符合船舶使用。

上文主要分析了新型蜂窝隔振器的性能及减振效果，下文就隔振元器件进行全方位的分析，比如橡胶隔振器及钢丝隔振器等其中的性能进行探讨。

3 橡胶隔振器的性能研究

橡胶隔振器主要是由多层的橡胶及钢面板所组成，他的特点就是可以根据机器的需要调整期承受力及竖向刚度，还可以与传统隔振器保持相同的水平，所以在船舶及一些大型及其进行隔振的时候使用此类隔振器是最为合适的。橡胶隔振器近年来在我国各大行业中都有广泛的运用，比如在矿石的开采中及建筑物抗震中。

由于船舶在战斗中极有可能会遭到各种武器的攻击，使得船舶受到强烈冲击，对于船舶的本身结构会造成变形及强烈的震动，为了减少船舶中仪器设备的破坏及船舶的破坏、人员的伤亡等，改造其抗振及抗冲击力是设计船舶最重要的一个步骤。要想使船舶的抗冲击力进一步的提高，那么就要在船的基座上设计抗振较好的元器件。上文说道橡胶隔振器的种种优点，那么采用其作为船舶中的抗冲击元器件也是一种较好的办法。采用橡胶隔振器，可以将较大的冲击性转变为势能，并且利用橡胶的优点将其缓缓的释放出来，防止船舶中的设备及船舶自身受到破坏。橡胶隔振器还有以下几个优点：①其具有较好的弹性，可以承受较大的交变应力；②其可以自由的变换形状，并且可以自主调整自身的硬度，满足及其对于强度和刚度的不同要求；③其自身的阻尼度数大，能够有效的抗振及共振；④其有滞后的功能，本身可存储大量的能力来抵抗冲击；⑤其体积小，安装、拆除更加方便。

橡胶隔振器用于船舶中是由于其自身结构简单，由橡胶及其他金属元器件所构成，但是橡胶隔振器的性能确实很高的。在进行橡胶隔振器的研制过程中，要通过不停的实验、优化及改进，才能保障其性能。

橡胶隔振器的力学性能主要包括了动、静刚度及冲击度等。在研究中得知同一个隔振器中的这三个指标变化是一致的，比如在橡胶隔振器中增加其硬度或者内壁厚度，那么动、静刚度和冲击度也会在一定程度上增大，这三者之间存在着一定的联系。

其中动刚度是橡胶隔振器衡量其动态特征的有效指标，其与冲击刚度的比值定义中存在一定的联系，那就是冲动比；静刚度是橡胶隔振器在增加或者减少负荷的基础上测量其与变形增量关系的一个比率，橡胶隔离器在使用的过程中就会用静刚度来衡量其变形量；冲击刚度是衡量橡胶隔振器中冲击性能的重要指标，它是在橡胶隔振器计算其性能的参数，冲击刚度的大小值影响了橡胶隔振器的抗振及抗冲击效果，它主要是在橡胶隔振器受到超负荷的冲击时，其与变形增量之间的对比概率。通过对橡胶隔振器的动态试验及冲击试验中可以看出其特性，从中得出其的冲击刚度。

橡胶隔振器的性能及抗冲击性能直接影响到了船舶本身及船舶中设备的安全，它的性能参数在某种程度上具有重大意义，这也就是为什么橡胶隔振器可以运用到船舶上作为主要减振、抗噪音设备的原因。

4 钢丝绳隔振器的性能研究

在船舶的建造上面，通常是使用橡胶隔振器作为主要隔振设备，而钢丝绳隔振器主要主机隔振。在船舶主机隔振中一直是我国难以解决的问题，尤其是以柴油机为主的船舶主机。在中速柴油及低速柴油主机的隔振中，对于弹性的频率设计要求非常低，这点并非那么容易实现的。另外船舶在航行的过程中与其主机存在稳定性的矛盾，所以在此还要考虑其中的动力输出问题。随着我国社会经济、技术的发展，此项技术也逐渐成熟，但是船舶中的弹性元件还是以橡胶隔离器为主，钢丝绳隔离器作为船舶中隔振，此类报道在国外很是少见。

4.1 钢丝绳隔振器工作的原理

当机器受到外界的影响时，就会引起其震动和冲击，此时钢丝绳隔离器也会发生位移，在此过程中钢丝绳之间的钢丝会产生摩擦和扭曲，将动能转换为热能，由于震动和冲击所带来的能量被此过程所消耗。另外在钢丝绳隔振器受到外界冲击的时候，其形体还会发生变化这一特性，就有效的避免了隔振器碰到底部这一现象，避免了由于隔振器碰到底所产生的震动，使机器能够正常运转，保障了机器在运行中的安全性。

4.2 钢丝绳隔振器的广泛应用

由于钢丝绳隔振器的特性被我国各行各业广泛应用，包括空调、水坝、风机等一些中小型机器中的隔振；还有汽车中的减振抗噪、船舶设备、导航设备系统、导弹的运输及发射系统、核电站及军用加固器等一些抗震设备等领域。

4.3 钢丝绳隔振器的性能

钢丝绳隔振器主要有以下性能：①钢丝绳隔振器中的刚度可软可硬，具有非线性，可以使机器在正常运作的过程中变形小，使机器工作稳定；②钢丝绳隔振器的承载能力也较大，分为为0.45千克到1000千克，其中谐振点因子的放大倍数不超过3；③钢丝绳隔振器的结构密集，其设备精小，占据空间也较小，可以在多种场合中使用，其安装和卸载也比较方便；④钢丝绳隔振器可以承受的温度范围也比较大，包括零下75℃到175℃；⑤钢丝绳隔振器在受到强烈撞击的时候，只会短时间的弹性变形，而不会永久变形；⑥钢丝绳隔振器的传递率也比较低，和橡胶隔振器相比，它的加速度值最大为1.76g，传递率为97.7%，而钢丝绳隔振器的加速度值最大为0.3g，其传递率为16.6%；⑦钢丝绳隔振器还具有耐高温的性能，还可抗腐蚀，并且也会受到烟雾、油及一些有机溶液的影响；⑧钢丝绳隔振器可在多种受力状态下使用，还具备三维隔振效果；⑨钢丝绳隔振器还有非线性这一性能，在抗冲击和隔振方面都比其他隔振器有优势。

5 结束语

本文对新型蜂窝隔振器及橡胶隔振器、钢丝绳隔振器等都做了性能分析。在对蜂窝隔振器性能分析的时候了解到其具有较好的变形特性，可以使机器达到良好的减振效果；橡胶隔振器及钢丝绳隔振器在船舶主机上也可达到良好的减震效果，这个结果无疑是令人欣慰的。这说明了我国在此技术方面得到了较好的成果，减振性能方面存在的问题也将会得到进一步的解决，也将为我国隔振器研究中创下了良好的基础。

参考文献：

[1]张梗林，杨德庆，朱金文.船用新型蜂窝隔振器减振性能分析[J].中国舰船研究，2013（04）.

[2]张梗林，杨德庆.船舶宏观负泊松比蜂窝夹芯隔振器优化设计[J].振动与冲击，2013（22）.

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