Mechanical design and test of a broadband ring meta-structure isolator for seawater pump

LIU Haiping; WANG Zhe; ZHOU Shikun; ZHENG Lifang

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.018

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Mechanical design and test of a broadband ring meta-structure isolator for seawater pump

更新时间：2025-09-22

- Mechanical design and test of a broadband ring meta-structure isolator for seawater pump
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 9, Pages: 190-196(2025)
- 作者机构：
  
  1.北京科技大学机械工程学院，北京 100083
  2.北京科技大学顺德创新学院，佛山 528399
- 作者简介：
  
  LIU Haiping, E-mail: liuhaiping@ustb.edu.cn
- 基金信息：
  
  Beijing Natural Science Foundation-Huairou Innovation Joint Fund Project(L245008)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.018
  CLC：
- Received：05 May 2025，
  
  Published：15 September 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
刘海平，王哲，周诗坤，等. 面向海水泵的宽频环状超结构隔振器力学设计及试验［J］. 机械强度，2025，47（9）：190-196.

LIU Haiping，WANG Zhe，ZHOU Shikun，et al. Mechanical design and test of a broadband ring meta-structure isolator for seawater pump［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（9）：190-196.
刘海平，王哲，周诗坤，等. 面向海水泵的宽频环状超结构隔振器力学设计及试验［J］. 机械强度，2025，47（9）：190-196. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.018.

LIU Haiping，WANG Zhe，ZHOU Shikun，et al. Mechanical design and test of a broadband ring meta-structure isolator for seawater pump［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（9）：190-196. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.018.

摘要

针对海水泵工作过程中的旋转振动问题，结合实测振动特性，基于准零刚度隔振原理和超结构带隙特征设计了准零刚度环状超结构隔振器用于振动控制。首先，以典型海水泵为研究对象，以一体化准零刚度结构为基础，提出了环状超结构隔振器的结构方案。然后，分别采用有限元法和理论法建立了准零刚度单胞、一维准零刚度超结构、准零刚度环状超结构隔振器的模型，计算并分析了其静、动态力学特性，并评估了其对海水泵输出振动的隔振效果。计算分析及试验结果表明，准零刚度环状超结构隔振器可在低频构建多个带隙，对海水泵典型频率的振动控制效果显著。

Abstract

Addressing the rotational vibration issues encountered during the operation of seawater pumps

and integrating measured vibration characteristics

a quasi-zero stiffness ring meta-structure isolator was designed for vibration control based on the principles of quasi-zero stiffness isolation and the bandgap features of meta-structure. First of all

taking a typical seawater pump as the research object and based on an integrated quasi-zero stiffness structure

a structural design scheme of the ring meta-structure isolator was proposed. Then

models of quasi-zero stiffness unit cell

one-dimensional quasi-zero stiffness meta-structure and quasi-zero structure ring meta-structure isolator were established using finite element method and theoretical method

respectively. Their static and dynamic mechanical characteristics were calculated and analyzed

and their isolation effect on the output vibration of seawater pumps was evaluated. The calculation and test results show that the quasi-zero stiffness ring meta-structure isolator provides multiple bandgaps at low frequencies

and exhibits significant vibration suppression effects on typical frequencies of seawater pumps.

关键词

Keywords

references

华丽娴，吴英友，周复涛，等 . 水下航行器螺旋桨降噪技术研究进展［J］. 广东造船， 2022 ， 41 （ 6 ）： 40 - 42 .

HUA Lixian ， WU Yingyou ， ZHOU Futao ， et al . Research on noise reduction technology of underwater vehicle propeller ［J］. Guangdong Shipbuilding ， 2022 ， 41 （ 6 ）： 40 - 42 . （In Chinese）

苏常伟，梁冉，王雪仁，等 . 水下航行器线谱振动噪声研究进展［J］. 舰船科学技术， 2023 ， 45 （ 9 ）： 1 - 8 .

SU Changwei ， LIANG Ran ， WANG Xueren ， et al . Research progress of line spectrum vibration and noise of underwater vehicle ［J］. Ship Science and Technology ， 2023 ， 45 （ 9 ）： 1 - 8 . （In Chinese）

ABBASI A ， KHADEM S E ， BAB S ， et al . Vibration control of a rotor supported by journal bearings and an asymmetric high-static low-dynamic stiffness suspension ［J］. Nonlinear Dynamics ， 2016 ， 85 （ 1 ）： 525 - 545 .

路凯华，耿斌斌，何立东，等 . 基于ISFD的滑动轴承转子系统不平衡振动抑制研究［J］. 机电工程， 2023 ， 40 （ 11 ）： 1768 - 1775 .

LU Kaihua ， GENG Binbin ， HE Lidong ， et al . Unbalanced vibration suppression of sliding bearing rotor system with integral squeeze film damper ［J］. Journal of Mechanical & Electrical Engineering ， 2023 ， 40 （ 11 ）： 1768 - 1775 . （In Chinese）

LI J ， HUANG J F ， HAN S C ， et al . A novel active recess compensation aerostatic thrust bearing with hermetic squeeze film damper：theoretical and experimental investigation ［J］. Mechanical Systems and Signal Processing ， 2025 ， 224 ： 112207 .

YAN W ， WU B W ， PAN J B ， et al . Design and evaluation of integral damping bearing for vibration suppression in multi-disk rotor systems ［J］. Machines ， 2024 ， 12 （ 12 ）： 883 .

刘明利，张辉仁，夏莹沛，等 . 一种用于核电大型立式泵组振动治理的新方法［J］. 核科学与工程， 2024 ， 44 （ 1 ）： 168 - 179 .

LIU Mingli ， ZHANG Huiren ， XIA Yingpei ， et al . A new method for vibration control of large vertical pumps in nuclear power plant ［J］. Nuclear Science and Engineering ， 2024 ， 44 （ 1 ）： 168 - 179 . （In Chinese）

SU Z W ， ZHENG Z W ， HUANG X C ， et al . Research on dynamic vibration absorber with negative stiffness for controlling longitudinal vibration of propulsion shafting system ［J］. Ocean Engineering ， 2022 ， 264 ： 112375 .

DOU J X ， YAO H L ， CAO Y B ， et al . Permanent magnet based nonlinear energy sink for torsional vibration suppression of rotor systems ［J］. International Journal of Non-Linear Mechanics ， 2023 ， 149 ： 104321 .

GUO H L ， CAO Z W ， YANG T Z ， et al . A variable-thickness-arch based nonlinear vibration absorber for rotor-bearing systems ［J］. Mechanical Systems and Signal Processing ， 2025 ， 224 ： 111979 .

ZHANG S ， DING L Z ， WU X W ， et al . Broadband vibration reduction of cylindrical shell structures with circumferential taper scatters ［J］. Journal of Sound and Vibration ， 2025 ， 599 ： 118853 .

DALELA S ， PRASAD P ， BALAJI P S ， et al . A novel bottom reinforced cosine beam based metastructure with quasi zero stiffness characteristics for vibration isolation applications ［J］. Structures ， 2024 ， 67 ： 106950 .

XU Y Q ， DONG H W ， WANG Y S . Topology optimization of programable quasi-zero-stiffness metastructures for low-frequency vibration isolation ［J］. International Journal of Mechanical Sciences ， 2024 ， 280 ： 109557 .

丁伯森，刘海平，朱冬梅 . 设计参数对一体化准零刚度隔振器冲击隔离性能的影响［J］. 国防科技大学学报， 2024 ， 46 （ 4 ）： 159 - 168 .

DING Bosen ， LIU Haiping ， ZHU Dongmei . Influences of design parameters on shock isolation performance of integrated quasi-zero stiffness isolator ［J］. Journal of National University of Defense Technology ， 2024 ， 46 （ 4 ）： 159 - 168 . （In Chinese）

HOU S ， WEI J Z ， SUI G D ， et al . Effects of series sequence on the nonlinear dynamic responses of integrated quasi-zero stiffness isolators ［J］. Nonlinear Dynamics ， 2025 ， 113 （ 11 ）： 12661 - 12691 .

LIU H P ， ZHOU S K ， WANG Y ， et al . Effects of section configurations on the dynamic responses of an integrated quasi-zero isolator ［J］. Thin-Walled Structures ， 2024 ， 197 ： 111617 .

YANG Y H ， SUN Q D ， XU S F ， et al . Design，analysis，and testing of a metamaterial vibration isolator for hydrophone equipped on autonomous underwater vehicles ［J］. Polish Maritime Research ， 2025 ， 32 （ 1 ）： 121 - 128 .

LIN Q D ， ZHOU J X ， QUQA S ， et al . Harnessing quasiperiodic pattern to widen the low-frequency band gap of quasi-zero-stiffness metamaterials ［J］. Thin-Walled Structures ， 2025 ， 214 ： 113393 .

SHU Y Q ， WANG K ， CHEN T T ， et al . A quasi-zero-stiffness metastructure for concurrent low-frequency vibration attenuation and energy harvesting ［J］. Thin-Walled Structures ， 2025 ， 214 ： 113371 .

LIU X ， CHEN S ， WANG B ， et al . A compact quasi-zero-stiffness mechanical metamaterial based on truncated conical shells ［J］. International Journal of Mechanical Sciences ， 2024 ， 277 ： 109390 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Research on unsupervised domain adaptive bearing fault diagnosis method

Research on fault diagnosis of rotating machinery based on deep learning and SMOTE data enhancement

ROTATING MACHINERY DEGRADATION STATUS IDENTIFICATION BASED ON BI-OBJECTIVE OPTIMIZATION GENETIC ALGORITHM AND SVM

Related Author

WU ShengKai

SHAO Xing

WANG CuiXiang

GAO Jun

LI Wenzan

LIU Qinming

YE Chunming

WANG Yujie

Related Institution

School of Information Engineering,Yancheng Institute of Technology

School of Mechanical Engineering,Yancheng Institute of Technology

Business School, University of Shanghai for Science & Technology

The Shijiazhuang Branch of Army Engineering University

⁰