[发明专利]一种抑制船体梁水弹性振动的能量转换装置及其设计方法

权利要求书

1.一种抑制船体梁水弹性振动的能量转换装置，其特征在于，包括定子、振子、弹簧、电缆线、整流装置以及蓄电池，所述定子包括套筒和线圈，所述振子两端分别与两根弹簧的一端连接，并放置于定子套筒所限定的内部空腔中，两根弹簧的另外一端分别与套筒的上下壁面固定；所述线圈缠绕于套筒外壁面上；所述线圈通过电缆线依次与整流装置、蓄电池电连接；所述能量转换装置安装于船体上，其固有频率等于船体梁振动的固有频率。

2.根据权利要求1所述的一种抑制船体梁水弹性振动的能量转换装置，其特征在于，所述能量转换装置安装于船艏或船艉。

3.根据权利要求2所述的一种抑制船体梁水弹性振动的能量转换装置，其特征在于，所述能量转换装置安装在具有横舱壁支撑的船艏主甲板上。

4.根据权利要求1所述的一种抑制船体梁水弹性振动的能量转换装置，其特征在于，所述振子为圆柱形永磁铁，其表面涂有润滑油。

5.根据权利要求1所述的一种抑制船体梁水弹性振动的能量转换装置，其特征在于，所述整流装置内部安装有稳压装置。

6.一种抑制船体梁水弹性振动的能量转换装置的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过理论计算或实船试验方法得到船体梁振动固有频率；

将能量转换装置简化为单自由度有阻尼自由振动系统，从而获得能量转换装置的固有频率公式：式中M为振子质量，C为系统阻尼系数，K为弹簧刚度系数，

使能量转换装置的固有频率ω等于船体梁的固有频率ω₀，从而计算求得能量转换装置中振子的质量。

7.根据权利要求6所述的一种抑制船体梁水弹性振动的能量转换装置的设计方法，其特征在于，振子的质量可进行调节，使得装置的固有频率可以调节，从而可以适应船舶不同装载工况下的船体梁振动固有频率。

8.根据权利要求7所述的一种抑制船体梁水弹性振动的能量转换装置的设计方法，其特征在于，还包括如下步骤：

为无因次阻尼系数，先取无因次阻尼系数ζ₀，结合船体梁固有频率ω₀和弹簧刚度K，根据上述公式估算出振子质量M₀；

采用质量为M₀的振子和刚度为K的弹簧加装到船体上，并连接蓄电池；

强制给振子一个初始位移并迅速释放，测量并记录其做有阻尼自由振动时的位移衰减曲线，读取衰减曲线第i个和第i+N个周期的峰值或谷值，假设读数分别为x_i和x_i+N，则无因次阻尼系数可根据下式计算：

根据测量得到的无因次阻尼系数，可以计算系统的阻尼系数C；进而根据已确定的阻尼系数C和刚度系数K，重新计算振子的最终质量M。

9.根据权利要求6所述的一种抑制船体梁水弹性振动的能量转换装置的设计方法，其特征在于，所述能量转换装置的振动固有频率选取船体首阶垂向弯曲振动的固有频率。

10.根据权利要求6所述的一种抑制船体梁水弹性振动的能量转换装置的设计方法，其特征在于，所述获取船体梁振动固有频率的理论方法包括一维梁理论法和三维有限元法，实船试验方法包括锤击试验法。