田阿利，傅梓軒，毛毅凝，姜文安

(江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

夾層板系統(tǒng)具有隔音隔熱效果明顯、結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單、輕便耐用、抗沖擊性能強(qiáng)等特點(diǎn)，近年來在船舶建造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，應(yīng)用夾層板系統(tǒng)逐漸成為實(shí)現(xiàn)艦船高性能、輕量化設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展趨勢(shì)[1-4]。由英國IE公司開發(fā)的聚氨酯夾層板，作為夾層板系統(tǒng)的重要組成部分，由上下兩層鋼面板和注入的聚氨酯芯層構(gòu)成[5-6]。由于聚氨酯作為一種高分子彈性體，能夠起到消散能量，減小振動(dòng)幅值的作用，因此可以應(yīng)用在船舶結(jié)構(gòu)的減振降噪中[7-8]。

國內(nèi)外學(xué)者圍繞夾層板系統(tǒng)的振動(dòng)特性以及在減振方面的應(yīng)用開展了一系列研究。M.P.Arunkumar等[9]比較了蜂窩芯材、桁架芯材和泡沫芯材對(duì)夾層板振動(dòng)響應(yīng)的影響。Melis Yurddaskal等[10]通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真研究了曲率和泡沫芯材對(duì)曲面夾層板固有頻率的影響。Yang等[11]研究了填充碳纖維泡沫對(duì)波紋夾層板振動(dòng)特性的影響并討論了其減振應(yīng)用前景。高處等[12]對(duì)I型金屬夾層板的振動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值仿真分析，并探討了其在船舶減振設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。陸珊珊等[13]通過數(shù)值仿真研究了格柵夾層板的抑振性能，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其抑振效果。趙留平[14]比較了由鋼板和夾層板制成的2種浮閥隔振系統(tǒng)的隔振效果，結(jié)果表明在等重情況下夾層板的隔振量高于鋼板3～4dB。牛壯[15]研究了采用粘彈性夾層板制成的船尾結(jié)構(gòu)的減振效果，通過與鋼制船尾的對(duì)比，結(jié)果表明在尾封板和上甲板測(cè)點(diǎn)處的響應(yīng)峰值分別較原結(jié)構(gòu)降低5.2%和6.9%。

“我們將附近的十幾棟民居進(jìn)行回收，統(tǒng)一恢復(fù)成小崗村上世紀(jì)70年代的風(fēng)貌，形成茅草屋群落，展示完整、可參與的生產(chǎn)生活場(chǎng)景，同時(shí)聘請(qǐng)大包干帶頭人作為顧問進(jìn)行場(chǎng)景講解?！睏钣缽?qiáng)說。

本文以輕量化為設(shè)計(jì)目標(biāo)，以64000DWT散貨船鋼制艙口蓋為替代目標(biāo)，采用以聚氨酯夾層板設(shè)計(jì)新型艙口蓋結(jié)構(gòu)的方案，并通過有限元軟件Ansys Workbench開展SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性分析，重點(diǎn)研究了SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型、諧響應(yīng)及隨機(jī)振動(dòng)，并與鋼制艙口蓋的振動(dòng)特性進(jìn)行了對(duì)比研究，探討了夾層板系統(tǒng)在船舶結(jié)構(gòu)減振降噪方面的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，研究結(jié)果可以為船舶輕量化設(shè)計(jì)、舒適性改善等提供參考。

在“量”增長的前提之下，實(shí)現(xiàn)武夷山民族地區(qū)城鎮(zhèn)化“質(zhì)”的優(yōu)化是第二步。城市在發(fā)展的過程中，難免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，比如說城市功能結(jié)構(gòu)不合理、城市的現(xiàn)代哈程度不高。武夷山民族地區(qū)在發(fā)展過程中，處理好城市出現(xiàn)的各種問題至關(guān)重要。我們知道，城鎮(zhèn)化發(fā)展中，鄉(xiāng)村人口會(huì)大量涌入城市，城市會(huì)不可避免的出現(xiàn)住房緊張、水污染和大氣污染等各種污染。武夷山民族地區(qū)城鎮(zhèn)化一定要注意“質(zhì)”的優(yōu)化，“質(zhì)”的優(yōu)化是武夷山民族地區(qū)需要考慮的問題。

1 SPS艙口蓋模型

1.1 SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，4塊板板長L均為18 600 mm，板寬B分別為4 170 mm，5 700 mm，5 850 mm，4 170 mm。上蓋板厚度t1為10 mm，下蓋板厚度t2為9 mm。橫梁和縱桁高度H1，H2均為845 mm，厚度t3，t4均為10 mm。

以64000DWT散貨船的雙層鋼制艙口蓋（總重85 175 kg）為替代目標(biāo)。該艙口蓋蓋板為對(duì)開折疊式，兩側(cè)各有2塊板通過鉸鏈連接。

在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上，分析2種艙口蓋結(jié)構(gòu)在承受周期循環(huán)載荷下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以確定受迫振動(dòng)時(shí)共振對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。在四邊簡(jiǎn)支條件下，在2種艙口蓋上面板頂部施加100 Pa的均布?jí)簭?qiáng)，掃頻范圍為0～30 Hz，掃頻步長為0.15 Hz，2種材料的艙口蓋幅頻響應(yīng)結(jié)果如圖5所示。可以看出鋼制艙口蓋諧響應(yīng)振幅為2.4 mm，SPS艙口蓋的諧響應(yīng)振幅為0.6 mm，SPS艙口蓋的諧響應(yīng)振幅相對(duì)鋼制艙口蓋降低75%，由此可見SPS艙口蓋在減振方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

圖1 鋼制艙口蓋結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure size of steel cargo hatch cover

表1 SPS夾層板參數(shù)Tab.1 Parameters of sandwich plates

1.2 SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)有限元模型

對(duì)鋼制艙口蓋和SPS艙口蓋分別進(jìn)行模態(tài)分析，以確定其固有頻率和振型。表3給出了鋼制艙口蓋和SPS艙口蓋前6階固有頻率的對(duì)比。結(jié)果表明SPS艙口蓋的固有頻率始終低于鋼制艙口蓋的固有頻率。圖3和圖4分別給出了二者的模態(tài)振型圖，由于結(jié)構(gòu)形式相似，其模態(tài)振型變化也相接近。

由于歷史問題，無相關(guān)消防驗(yàn)收意見。《消防法》自1998年9月1日起施行。C、D泊位竣工驗(yàn)收日期比《中華人民共和國消防法》施行日期早。

圖2 SPS艙口蓋有限元模型Fig.2 Finite element models of SPS cargo hatch cover

表2 材料屬性Tab.2 The properties of two materials

2 SPS艙口蓋振動(dòng)響應(yīng)

2.1 SPS艙口蓋模態(tài)分析

對(duì)SPS艙口蓋采用殼體混合建模，其中上下SPS蓋板采用體建模，橫梁和縱桁采用殼建模，有限元模型如圖2所示。采用四面體網(wǎng)格對(duì)SPS艙口蓋進(jìn)行劃分，單元數(shù)為154 359，節(jié)點(diǎn)數(shù)為1 048 852。對(duì)下蓋板下面板添加四邊簡(jiǎn)支約束。材料主要屬性見表2。

為進(jìn)一步確定結(jié)構(gòu)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)特性，根據(jù)已知的2種艙口蓋的前6階固有頻率，通過Matlab軟件計(jì)算得到隨機(jī)位移功率譜。如圖6（a）所示?？紤]到譜分析時(shí)采樣點(diǎn)的數(shù)量限制，在此選取30 Hz以內(nèi)的30個(gè)點(diǎn)作為隨機(jī)振動(dòng)的垂向激勵(lì)譜，如圖6（b）所示。

2.2 SPS艙口蓋諧響應(yīng)分析

基于等強(qiáng)度原則，設(shè)計(jì)SPS艙口蓋。主要設(shè)計(jì)方案為：由聚氨酯夾層板代替鋼制艙口蓋的上下蓋板，并保留原橫梁和縱桁結(jié)構(gòu)。SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為75 481 kg，比替代目標(biāo)減少12.40%。聚氨酯夾層板尺寸參數(shù)如表1所示。

表3 艙口蓋自由振動(dòng)頻率對(duì)比Tab.3 Comparisons of the natural frequencies of two hatch covers

圖3 鋼制艙口蓋模態(tài)振型圖Fig.3 Modal shapes of steel hatch cover

圖4 SPS艙口蓋模態(tài)振型圖Fig.4 Modal shapes of SPS hatch cover

2.3 SPS艙口蓋隨機(jī)振動(dòng)分析

多年來，德國一直推動(dòng)并實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，法規(guī)政策的制定具有超前性，取得了明顯效果。首要目標(biāo)是避免垃圾產(chǎn)生，法律規(guī)定各種可能產(chǎn)生生活垃圾的生產(chǎn)者，都有義務(wù)防止或降低垃圾產(chǎn)生量，最大限度地回收利用自己產(chǎn)生的垃圾，任何違反法律法規(guī)的污染行為都將受到巨額罰款；在此基礎(chǔ)上，法律規(guī)定首先進(jìn)行物質(zhì)（包括能源）的回收利用；剩余垃圾的處理，要采取有利于環(huán)境保護(hù)的技術(shù)和方法，在處理過程中處理產(chǎn)物都不能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。法規(guī)政策在執(zhí)行過程中會(huì)經(jīng)歷一些困難，但事實(shí)證明這些都是發(fā)展中的問題，不能因?yàn)榕涮自O(shè)施跟不上而采取消極的政策。

本文基于64000DWT散貨船艙口蓋開展SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過有限元軟件Ansys Workbench對(duì)2種艙口蓋的模態(tài)振型、諧響應(yīng)和隨機(jī)振動(dòng)進(jìn)行分析，通過對(duì)2種結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性進(jìn)行對(duì)比研究，得到如下結(jié)論：

圖5 艙口蓋諧響應(yīng)曲線Fig.5 The amplitude-frequency response curves of two hatch covers

圖6 隨機(jī)功率譜密度Fig.6 Random power spectrum density

為分析結(jié)構(gòu)變形最大時(shí)的情況，在最大變形處節(jié)點(diǎn)得到相應(yīng)的位移響應(yīng)譜，如圖9所示。鋼制艙口蓋垂向響應(yīng)幅值為7 mm，SPS艙口蓋垂向響應(yīng)幅值為0.2 mm，相對(duì)鋼制艙口蓋降低了97.1%。SPS艙口蓋垂向響應(yīng)幅值明顯小于鋼制艙口蓋，證明SPS艙口蓋減振效果明顯。

3 結(jié) 語

在四邊簡(jiǎn)支條件下輸入功率譜進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析，得到不同艙口蓋結(jié)構(gòu)在1σ區(qū)域內(nèi)的響應(yīng)云圖，其中鋼阻尼比為0.01，聚氨酯阻尼比為0.65。如圖7所示，鋼制艙口蓋位移響應(yīng)為1.821 mm，SPS艙口蓋位移響應(yīng)為0.667 mm，SPS艙口蓋位移響應(yīng)降低63.4%。如圖8所示，考慮到上面板受隨機(jī)激勵(lì)的影響，鋼制艙口蓋上蓋板上面板在1σ區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力響應(yīng)為8.733 MPa，SPS艙口蓋上蓋板上面板在1σ區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力響應(yīng)為2.084 MPa，SPS艙口蓋應(yīng)力響應(yīng)降低76.1%。通過比較分析可得，在相同激勵(lì)下SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)響應(yīng)遠(yuǎn)小于鋼制艙口蓋。

1）在等效設(shè)計(jì)前提下，新型SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)整體減重12%；

幼兒教育是學(xué)生的啟蒙教育，因此語言教師在這一階段承擔(dān)著很大的責(zé)任，而語言更是教師傳授知識(shí)的重要渠道。在這個(gè)階段，幼兒識(shí)字能力較差，所以教師便成了學(xué)習(xí)上的重要引領(lǐng)者。在幼教期間，教師需要格外注意自身的語言行為規(guī)范。同時(shí)，運(yùn)用正確的語言教學(xué)方法對(duì)幼兒進(jìn)行語言教育，充分利用此階段學(xué)生模仿力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，與幼兒相互配合，提高語言能力。

圖7 結(jié)構(gòu)在1σ區(qū)域內(nèi)變形云圖Fig.7 The deformation cloud maps of two structures in 1σ

圖8 結(jié)構(gòu)在1σ區(qū)域內(nèi)應(yīng)力云圖Fig.8 The stress cloud maps of two structures in 1σ

圖9 結(jié)構(gòu)垂向位移響應(yīng)譜Fig.9 Vertical displacement response spectrum of two structures

2）SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)固有頻率始終低于鋼制艙口蓋，且諧響應(yīng)振幅比鋼制艙口蓋結(jié)構(gòu)降低了75%；

3）隨機(jī)振動(dòng)載荷下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析表明，在1σ區(qū)域內(nèi)SPS艙口蓋結(jié)構(gòu)的最大變形比鋼制艙口蓋降低了63.4%，最大應(yīng)力降低了76.1%，且在最大位移處的垂向響應(yīng)幅值較鋼制艙口蓋降低了97.1%；

4）SPS夾層板應(yīng)用于船舶設(shè)計(jì)建造能夠有效降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)，減振效果顯著。