流固耦合下含夹层阻尼的多层波纹管等效阻尼和刚度设计方法

波纹管是舰艇管路系统中重要的减振隔声元件，具有适当等效阻尼和刚度的多层金属波纹管可有效地减振隔声。由于夹层阻尼和流固耦合问题十分复杂，如何设计具有期望阻尼和刚度的多层波纹管是"静音"舰艇管路系统设计中迫切需要解决的难题。本课题以舰艇用含夹层阻尼的多层金属波纹管为研究对象，揭示夹层阻尼材料特性、接触状态、层间微动摩擦或滑动摩擦、波纹管结构构型和几何参数等因素对多层波纹管等效阻尼和等效刚度的作用机理和物理实质；建立多层波纹管流固耦合条件下的力学特征和描述方法，探讨流固耦合下含夹层阻尼的多层波纹管等效阻尼和等效刚度的设计计算和试验方法。结合理论分析、数值仿真和实验验证，形成可实现期望阻尼和刚度的多层波纹管的设计方法和理论。本研究成果，对提高我国舰艇的"静音"水平有重要意义，对设计和开发新型多层波纹管产品具有积极作用。

波纹管是舰艇等装备管路系统中重要的减振隔声元件，具有适当等效阻尼和刚度的多层金属波纹管可有效地减振隔声。由于夹层阻尼和流固耦合问题十分复杂，如何设计具有给定阻尼和刚度的多层波纹管是舰艇等装备管路系统设计中迫切需要解决的难题。.本项目以含夹层阻尼的多层金属波纹管为研究对象，建立了其有限元模型，应用参数化语言ADPL编制了求解出多层波纹管的损耗因子后处理程序，分析了粘弹性阻尼特性、多层波纹管几何参数和结构构型对多层波纹管损耗因子的影响及其作用规律。在此基础上分析了流固耦合下含夹层阻尼的多层波纹管轴向等效刚度随波纹管参数的变化规律，并进行了动态刚度和动态阻尼的试验方法研究，完善了实验方法和数据处理软件，对波纹管的阻尼和刚度等动态参数进行了识别和对比。研究结果表明：.（1）粘弹性阻尼材料模量是多层波纹管损耗因子的主要影响因素。随粘弹性阻尼材料模量的增加损耗因子迅速增加，到达峰值后缓慢减小。随粘弹性阻尼材料厚度的增加先迅速减小后逐渐增加，粘弹性阻尼材料密度的变化对多层波纹管的损耗因子影响不大。损耗因子随波高的增大而增大，随波距和直径的增大而减小，随波数和层数的增加而增大，随壁厚的增加先迅速减小后逐渐增加。 .（2）等效刚度随阻尼材料厚度和弹性模量的增大而增大，但幅度不大，尤其是随阻尼弹性模量的增大轴向等效刚度增加很小；随波根外径、波距和壁厚的增大而增大，随波高和波数的增大而减小；随金属薄壁材料弹性模量的增大而增大，基本保持一个线性的增长趋势。.（3）考虑流固耦合后，波纹管模态频率有所降低，波纹管的一阶自振频率随着流体压力的增加而增加，损耗因子随着流体压力的增加先增加后降低，存在一个峰值。随着压力的增加，波纹管的阻尼变化存在峰值现象，有阻尼波纹管阻尼出现峰值对应的压力载荷要比无阻尼波纹管阻尼出现峰值对应压力载荷小；流体压力、附加质量对波纹管自振频率和损耗因子的影响不显著。.（4）在相同压力载荷下，无阻尼波纹管的刚度比同型号有阻尼波纹管的刚度要大；无阻尼波纹管的刚度随压力的增加而增加，有阻尼波纹管刚度则并不总是随压力的增加而增加，存在峰值，阻尼对波纹管刚度影响较为明显。.以上研究成果，已培养研究生5名，形成了论文8篇、申报发明专利2项、实用新型专利2项。对设计和开发新型多层波纹管产品，提升舰艇静音水平具有积极作用。