摘 要

机械噪声是潜艇低速巡航时的主要噪声，有效控制机械噪声是潜艇实现安静化的首要环节，浮筏隔振技术就是控制船体机械噪声有效手段。浮筏隔振系统的主要组成部分包括被隔离设备、上层减振器、筏架、下层减振器、底座等。在浮筏隔振系统中，筏架的性能影响了隔振系统的性能，因此设计出优良的筏架对浮筏系统隔振性能的提升有着很大的帮助。在本设计中，用碳纤维复合材料板来取代传统的钢制结构来改善传统钢制筏架结构质量大、结构阻尼小的缺点。碳纤维复合材料具有低比重、高强度、阻尼比大等众多优良特性，所以采用碳纤维复合材料制的筏架具有更加优良的隔振性能。本文使用有限元分析软件abaqus对碳纤维筏架进行有限元分析，通过对不同方案的对比找出最佳方案。

关键词：浮筏隔振；筏架；碳纤维复合材料；有限元分析

Abstract

Mechanical noise is the main noise of submarine low speed cruise, controlling the mechanical noise effectively is the first step of submarine to achieve quiet, floating raft isolation technique is the effective means to control the noise of ship hull. The main components of the floating raft isolation system included the isolated equipment, the upper shock absorber, the raft frame, the lower shock absorber, base, etc. In the floating raft isolation system, performance of the raft influenced the performance of vibration isolation. Therefore, it is very helpful to design an excellent raft for the improvement of the vibration isolation performance of the floating raft. In this design, instead of traditional steel structure by using carbon fiber composite plate to solve the problem that the traditional steel raft frame structure is of high quality, and the structure damping is small. Carbon fiber composite have the characteristic of low specific gravity, high strength and large damping ratio. Therefore, the raft frame made of carbon fiber composite material has better vibration isolation performance. In this paper, the finite element analysis software abaqus is used to carry on static analysis and modal analysis of carbon fiber reinforced composite material floating raft, through the comparison of different programs to find the best solution.

Key Words：Floating raft vibration isolation; Raft frame; Carbon fiber composite; Finite element analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1 浮筏隔振系统简介 1

1.2 碳纤维增强复合材料简介 2

1.2.1 碳纤维增强复合材料的性能特点 2

1.2.2 碳纤维增强复合材料的研究现状 3

1.2.3 碳纤维增强复合材料的应用现状 4

1.3 碳纤维筏架研究的目的及意义 4

第2章 碳纤维筏架的设计 6

2.1 浮筏筏架的结构 6

2.2 增强材料的选择 6

2.3 基体材料的选择 6

2.4 碳纤维板连接设计 7

2.4.1 机械连接 7

2.4.2 胶接连接 8

2.4.3连接方式的选择 9

第3章 碳纤维筏架有限元分析 10

3.1 碳纤维筏架静力分析 10

3.2 碳纤维筏架模态分析 15

3.3 碳纤维筏架动力学分析 19

3.4 碳纤维筏架铺层优化设计 21

第4章 总结 24

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 浮筏隔振系统简介

浮筏隔振系统就是把多台设备安放在筏架上进行整体隔振的减振装置。其组成部分主要包括被隔离设备、上层减振器、筏架、下层减振器、底座等。

浮筏隔振装置在设计时首要的原则就是要避开共振。避开共振就是指浮筏系统的固有频率不能与机械设备的固有频率在同一范围内，防止引发共振现象。其次，要想抑制结构噪声的传递，还需要让系统各部件的阻抗失配。另外，声学设计的有关问题也需要被考虑进来，例如加大筏体的阻尼以及增大安装基座和减振器安装点的阻抗，延长筏体连接船体支撑点至机脚支撑点之间的传递路线^[1]。

纵览浮筏隔振技术的发展路程，为了适应舰艇的工作环境，浮筏隔振装置的设计越来越灵活多变，这些特性体现在以下几个方面：

（1）被隔离的设备从多台同类设备发展为多台不同类设备，也就是扰动特性相同发展为扰动特性不同，设备的布置从平面发展到了空间。

（2）在设备与筏体的连接形式上有所突破，包括了弹性连接，刚性连接和混连形式等。

（3）在筏体与设备的支撑形式上，由原来的垂向支撑逐渐发展为现在的悬吊支撑和侧向支撑。与此同时，减振器也由原先的仅仅支持侧挂安装和垂向支撑发展为适用于各向安装的灵活的组合形式。

（4）筏架的结构形式也由原先的板架式、梁式发展为适用于设备空间布置的框架式。筏架的材料也由传统的钢结构材料发展成为阻尼结构材料，从而进一步来抑制中高频结构噪声的传递。

（5）支撑的基座由座墩型发展到悬臂梁式和吊装式，来全面控制由机械设备引起的自噪声和辐射噪声。

基于以上的特点可以将浮筏隔振装置按结构形式分为平置式、侧挂式和框架式三种类型。