CN112623109A - 一种减振夹芯梁及减振船板架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减振夹芯梁及减振船板架，其中，减振夹芯梁包括本体，所述本体从上至下依次设置的上层梁、弹性层和下层梁；在所述本体的长度方向施加轴向载荷，该轴向载荷小于所述上层梁的临界屈曲载荷且大于所述下层梁的临界屈曲载荷；所述下层梁在所述轴向载荷的作用下向所述上层梁的方向凸出变形。本发明的减振夹芯梁可以在载荷频率、载荷幅值和粘弹性材料所占比例均维持不变的情况下，增大结构减振效果。

Description

一种减振夹芯梁及减振船板架
技术领域
本发明涉及船板减振结构技术领域，具体涉及一种减振夹芯梁及减振船板架。
背景技术
海洋与船舶工程结构可能承受波浪等动态外载，有效实施减振已成为保证海洋工程结构安全的重大需求。
传统的减振方法中，将粘弹性材料(例如：橡胶)等引入被保护结构(例如船体板架)，提高结构阻尼实现减振，但减振效果受限于载荷频率、载荷幅值和粘弹性材料所占比例。因此，亟需设计一种更优的减振结构，以在载荷频率、载荷幅值和粘弹性材料所占比例均维持不变的情况下，增大结构减振效果。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明要解决的技术问题之一是提供一种减振夹芯梁，其可以在载荷频率、载荷幅值和粘弹性材料所占比例均维持不变的情况下，增大结构减振效果。
本发明要解决的技术问题之二是提供一种减振船板架，其可以提高船板架的减振效果。
为解决上述技术问题之一，本发明提供的一种减振夹芯梁，包括本体，所述本体从上至下依次设置的上层梁、弹性层和下层梁；在所述本体的长度方向施加轴向载荷，该轴向载荷小于所述上层梁的临界屈曲载荷且大于所述下层梁的临界屈曲载荷；所述下层梁在所述轴向载荷的作用下向所述上层梁的方向凸出变形。
本发明的减振夹芯梁采用夹层设计，在上层梁和下层梁之间设置弹性层，并在本体的长度方向施加轴向载荷，通过该轴向载荷在减振夹芯梁内产生预应力，由于轴向载荷小于上层梁的临界屈曲载荷且大于下层梁的临界屈曲载荷，则上层梁在施加预应力之后仍然保持直线状，而下层梁则在该预应力的作用下弯曲变形，且变形的方向为向上层梁的方向凸出。由振动力学可知，阻尼耗能与结构振动频率的平方成正比；下层梁承受循环载荷处于一定范围时，下层梁和上层梁都进入混沌状态，混沌宽频谱中高频成分增加了结构耗散；下层梁承受循环载荷超过一定阈值后，在上层梁约束下产生双稳态运动，即跨过非稳态势垒在两个稳态之间不断跃迁，跨越势垒时该梁产生上变频振动，因此下层梁双稳态运动将极大增强结构耗能，提高减振效果。
优选地，所述弹性层的材质为粘弹性材料。
优选地，所述上层梁、弹性层和下层梁依次胶接。
为解决上述技术问题之二，本发明提供的一种减振船板架，包括板体，在所述板体的底部设置有若干上述减振夹芯梁，若干所述减振夹芯梁平行间隔设置。本发明中，在船板架上应用上述减振夹芯梁，可以增加船板架的减振效果，保护船舶的结构安全。
优选地，所述减振夹芯梁还包括设置在所述本体的端部的端板，所述本体的长度方向的一端与所述板体固定连接，另一端通过所述端板与所述板体固定连接。在安装时，先将本体的长度方向的一端与板体固定连接，然后安装端板，在安装时，通过端板向本体施加轴向载荷，在施加的轴向载荷达到目标值后，将端板与本体和板体固定连接，由此在本体内部形成预应力。
优选地，所述上层梁的顶部与所述板体的底部抵接。
优选地，所述上层梁、弹性层和下层梁沿远离所述板体的方向依次设置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例一的减振夹芯梁的结构示意图；
图2为本发明实施例一的下层梁与双层线性梁的下层梁在外界简谐激励下的幅频响应曲线之一；
图3为本发明实施例一的上层梁与双层线性梁的上层梁在外界简谐激励下的幅频响应曲线之一；
图4为本发明实施例一的下层梁与双层线性梁的下层梁在外界简谐激励下的幅频响应曲线之二；
图5为本发明实施例一的上层梁与双层线性梁的上层梁在外界简谐激励下的幅频响应曲线之二；
图6为本发明实施例二的减振船板架的结构示意图；
图7为现有的船板架的结构示意图。
附图说明：
1-上层梁；2-弹性层；3-下层梁；4-板体；5-端板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种减振夹芯梁，包括本体，本体从上至下依次胶接的上层梁1、弹性层2和下层梁3，其中，弹性层2采用粘弹性材料制成，如橡胶等；在本体的长度方向施加轴向载荷P，该轴向载荷P小于上层梁的临界屈曲载荷且大于所述下层梁的临界屈曲载荷，且下层梁3在轴向载荷P的作用下向上层梁1的方向凸出变形。
下面通过理论分析，对本实施例一提供的减振夹芯梁的减振效果进行分析。
当轴向载荷P小于上层梁而大于下层梁的临界屈曲载荷时，考虑到梁的横向大位移、适中的旋转和小应变引起的几何非线性，应用von-Karman非线性应变位移关系模型，并根据Hamilton能量原理，得到夹芯梁的横向运动方程：
Figure BDA0002834662690000045
Figure BDA0002834662690000041
其中，wb(x,t)为下层梁的横向位移，ρb为下层梁的质量密度，Ab为下层梁的横截面积，d1为下层梁的阻尼系数，Eb为下层梁的弹性模量，Ib为下层梁的截面惯性矩，P为轴向载荷，l为梁的长度，d2为弹性层的阻尼系数，Kl为弹性层的刚度系数，we(x,t)为上层梁的横向位移，ρe为上层梁的质量密度，Ae为上层梁的横截面积，Ee为上层梁的弹性模量，Ie为上层梁的截面惯性矩，qw为上层梁受到的横向激励(见图1)。
使用伽辽金法对wb(x,t)和we(x,t)进行离散，得到：
Figure BDA0002834662690000046
Figure BDA0002834662690000042
其中，
Figure BDA0002834662690000043
分别为下层梁和上层梁的第i阶模态的运动时间函数，φi(x)为两端固支梁的模态函数：
Figure BDA0002834662690000044
其中，βi是特征方程cos(βil)cosh(βil)＝1的根。
将上述wb(x,t)和we(x,t)的离散表达式代入公式(1)、(2)，并对得到的方程乘以模态函数并在梁的长度域对x积分。考虑到外界的激励频率主要集中在梁的一阶模态频率附近，进而将连续复合结构简化为一个两自由度弹簧质量模型，其横向振动方程为：
Figure BDA0002834662690000051
Figure BDA0002834662690000052
式(6)和式(7)中，
Figure BDA0002834662690000053
Figure BDA0002834662690000054
Figure BDA0002834662690000055
其中，F为外界简谐激励幅值，Ω为外界激励频率。
当具有一定承载的夹芯梁受到简谐激励时，随着激励幅值的增加，***在不同频段内的运动特性也随之改变，给出***随激励幅值变化的幅频响应曲线，见图2至图5中的夹芯梁的上层梁以及下层梁的对应曲线，为方便比较分析，图2至图5中也给出了具有相同初始刚度的线性夹层梁的幅频响应曲线，该线性夹层梁即无轴向载荷P作用的夹层梁，在线性夹层梁上施加相同的横向外载荷qw，其幅频响应曲线见图2、图3、图4和图5中双层线性梁的下层梁和双层线性梁的上层梁的对应曲线。
通过图2和图3可以看出，在共振区附近，夹芯梁处于准周期或混沌运动状态，振动能量被分散在宽频带上，在实现振动抑制的同时，也实现了宽频带的响应输出。
对比图4和图5可以看出，在共振区附近，***做周期运动，但***的响应幅值减弱。在低频或高频段内，***可能产生倍周期分岔、准周期运动或混沌运动，实现除共振区附近频段外的宽频带响应输出特性，且振动的幅值与线性***的周期运动都保持在较低的水平。
实施例二
如图6所示，本实施例公开了一种减振船板架，包括板体4，在板体4的底部设置有若干实施例一公开的减振夹芯梁，若干减振夹芯梁平行间隔设置。其中，上层梁1的顶部与板体4的底部抵接，且上层梁1、弹性层2和下层梁3沿远离板体4的方向依次设置。
具体地，减振夹芯梁还包括设置在本体的端部的端板5，本体的长度方向的一端与板体4固定连接，另一端通过端板5与板体4固定连接。在安装时，先将本体的长度方向的一端与板体4固定连接，然后安装端板5，在安装时，通过端板5向本体施加轴向载荷，在施加的轴向载荷达到目标值后，将端板5与本体和板体固定连接，由此在本体内部形成预应力。
参考图7，现有的船板架是以L型的金属梁对板体进行支持(即加筋板)，本发明提出的夹芯梁用于船舶板架结构，以新型夹芯梁替代传统线性梁(例如图7所示L型梁)，得到新型减振船板架如图6所示，这种减振船板架结构可以大大降低船舶运行过程中结构振动。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种减振夹芯梁，包括本体，其特征在于：
所述本体从上至下依次设置的上层梁、弹性层和下层梁；
在所述本体的长度方向施加轴向载荷，该轴向载荷小于所述上层梁的临界屈曲载荷且大于所述下层梁的临界屈曲载荷；
所述下层梁在所述轴向载荷的作用下向所述上层梁的方向凸出变形。
2.根据权利要求1所述的一种减振夹芯梁，其特征在于：
所述弹性层的材质为粘弹性材料。
3.根据权利要求1所述的一种减振夹芯梁，其特征在于：
所述上层梁、弹性层和下层梁依次胶接。
4.一种减振船板架，其特征在于，包括：
板体，在所述板体的底部设置有若干如权利要求1所述的减振夹芯梁，若干所述减振夹芯梁平行间隔设置。
5.根据权利要求4所述的一种减振船板架，其特征在于：
所述减振夹芯梁还包括设置在所述本体的端部的端板，所述本体的长度方向的一端与所述板体固定连接，另一端通过所述端板与所述板体固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种减振船板架，其特征在于：
所述上层梁的顶部与所述板体的底部抵接。
7.根据权利要求5所述的一种减振船板架，其特征在于：
所述上层梁、弹性层和下层梁沿远离所述板体的方向依次设置。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050019590A1 (en) * 2001-09-10 2005-01-27 Percy Josefsson Vibration damping material and vibration damper
CN101678891A (zh) * 2007-05-14 2010-03-24 空中客车英国有限公司 加强面板
CN105836164A (zh) * 2016-04-27 2016-08-10 北京空间飞行器总体设计部 一种航天器级间适配结构
CN108058454A (zh) * 2017-12-28 2018-05-22 天津大学 一种自适应减振降噪泡沫夹层板及其制备方法
CN209654515U (zh) * 2018-11-27 2019-11-19 珠海格力电器股份有限公司 一种减振装置及包含其的紧固件
CN110566620A (zh) * 2019-09-30 2019-12-13 中国海洋大学 一种负刚度单胞蜂窝减振结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050019590A1 (en) * 2001-09-10 2005-01-27 Percy Josefsson Vibration damping material and vibration damper
CN101678891A (zh) * 2007-05-14 2010-03-24 空中客车英国有限公司 加强面板
CN105836164A (zh) * 2016-04-27 2016-08-10 北京空间飞行器总体设计部 一种航天器级间适配结构
CN108058454A (zh) * 2017-12-28 2018-05-22 天津大学 一种自适应减振降噪泡沫夹层板及其制备方法
CN209654515U (zh) * 2018-11-27 2019-11-19 珠海格力电器股份有限公司 一种减振装置及包含其的紧固件
CN110566620A (zh) * 2019-09-30 2019-12-13 中国海洋大学 一种负刚度单胞蜂窝减振结构

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