常導(dǎo)超低場艦載磁共振裝備振動響應(yīng)分析研究

郭 強(qiáng)，魏高峰，任東彥，劉吉洛，朱仁心，李 勃，于大鵬，閆士舉

（1.上海理工大學(xué)健康科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200093；2.海軍軍醫(yī)大學(xué)海軍醫(yī)學(xué)系；3.海軍軍醫(yī)大學(xué)海軍衛(wèi)勤訓(xùn)練基地；4.海軍軍醫(yī)大學(xué)衛(wèi)生勤務(wù)學(xué)系，上海 200433；5.大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院，遼寧大連 116024）

0 引言

核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)體系中不可或缺的高端醫(yī)療裝備。迄今為止，MRI的發(fā)展歷史上共產(chǎn)生了6 項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)，其是量子物理、精密儀器、機(jī)械電子、醫(yī)學(xué)影像、計(jì)算機(jī)圖像處理等多學(xué)科前沿交叉融合的結(jié)晶［1］。習(xí)近平主席在2021 年兩院院士大會上明確指出要大力發(fā)展以MRI 為代表的國產(chǎn)高端醫(yī)療裝備。相較于電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（Computed Tomogra?phy，CT）對人體產(chǎn)生的X 射線電離輻射傷害，MRI 是通過外界磁場激發(fā)人體內(nèi)氫原子的共振信號成像，能對CT 無法成像的人體軟組織、臟器、關(guān)節(jié)軟骨等重要部位進(jìn)行高分辨率成像，具備多方位任意角度成像、多參數(shù)成像、高對比度（尤其是神經(jīng)、血管和肌肉等軟組織對比度）、無氣體和骨偽影干擾、無電離輻射等特性，在顱腦、脊髓脊柱、心血管、肝臟、關(guān)節(jié)、骨骼肌肉等系統(tǒng)、組織疾病的診療中具有無可替代的優(yōu)勢［2-3］。

近年來，MRI 設(shè)備逐步向小型化、移動化發(fā)展［4-5］。例如，車載式MRI 系統(tǒng)可顯著提升應(yīng)急診斷的便利性和準(zhǔn)確性［6］；美國Hyperfine 公司研發(fā)的便攜式頭部核磁共振成像設(shè)備（Portable MRI）具有低場強(qiáng)、小體積等優(yōu)點(diǎn)［7］，美軍最先將其應(yīng)用于軍事醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，先后研制了移動式MRI 裝備和艦載模塊化MRI 裝備，并部署在多個(gè)一線作戰(zhàn)保障單元中［8］。在海戰(zhàn)中，軟組織損傷是最常見的戰(zhàn)傷，例如1967年10 月，以色列埃拉特號驅(qū)逐艦被埃及導(dǎo)彈擊中，在獲救的32 名艦員中多數(shù)有嚴(yán)重的腹部沖擊傷和肺損傷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，海戰(zhàn)傷死傷率最高的幾個(gè)部位為腰腹部、胸背部、頭頸部，主要種類為沖擊傷、爆震傷、燒傷等，而MRI 裝備是該類損傷最有效的檢查手段。因此，美國海軍對MRI 技術(shù)的研究與應(yīng)用非常重視，從2011 年開始投入數(shù)千萬美元開展該領(lǐng)域研究，目前已研發(fā)了8 套艦載移動MRI 系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于顱腦、脊髓脊柱、心血管、肝臟、關(guān)節(jié)、骨骼肌肉等部位作戰(zhàn)創(chuàng)傷的精確診斷，并對長期遠(yuǎn)航狀態(tài)下隨艦人員的生理與心理健康狀態(tài)進(jìn)行MRI 影像監(jiān)測和日常體檢，亦可對艦船環(huán)境中常見的關(guān)節(jié)炎、失眠、聽力下降、神經(jīng)衰弱等慢性疾病進(jìn)行診治，具有先進(jìn)而強(qiáng)大的衛(wèi)勤保障能力。

1 相關(guān)研究

MRI 共有3 種技術(shù)類型，分別為超導(dǎo)型、永磁型和常導(dǎo)型，其中能應(yīng)用于艦船等移動環(huán)境中的只有常導(dǎo)型，常導(dǎo)型磁體的優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡單、重量較輕、制造安裝容易、造價(jià)低廉，可隨時(shí)建立或卸掉靜磁場。醫(yī)院船作為海上救治平臺，是遠(yuǎn)海衛(wèi)勤保障的主要力量，其按照三甲醫(yī)院標(biāo)準(zhǔn)建造，需要安裝MRI 設(shè)備［9-10］。然而，艦船環(huán)境不同于陸地環(huán)境，存在持續(xù)的搖擺振動、高鹽霧、高溫高濕、復(fù)雜電磁環(huán)境，具有多種適航性要求，對醫(yī)療設(shè)備的要求遠(yuǎn)高于陸地環(huán)境［11］。

目前，許多學(xué)者對艦船環(huán)境使用的各種電子設(shè)備進(jìn)行了振動響應(yīng)分析與研究。例如，程林風(fēng)等［12］對艦載電子機(jī)柜的振動可靠性進(jìn)行了研究，采用ANSYS 軟件建立有限元模型分析電子機(jī)柜的模態(tài)振型，篩選出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)與需要優(yōu)化的部位；馬靜靜等［13］采用ANSYS Workbench 軟件對重要電子設(shè)備機(jī)箱進(jìn)行了動態(tài)特性分析，根據(jù)模態(tài)和諧響應(yīng)分析結(jié)果確定了機(jī)箱的固有特性和振動性能；張登材等［14］在分析比較幾種典型密閉機(jī)箱優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究了不同材料機(jī)箱的動態(tài)特性，并進(jìn)行了基于ANSYS 有限元法的模態(tài)分析，結(jié)果顯示經(jīng)過特殊熱處理的非常規(guī)材料可能具有更好的動態(tài)特性；張彥等［15］基于MATLAB/Simulink 平臺建立了仿真模型，并對低頻振動下的光伏組件輸出特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明低頻振動對光伏組件輸出特性會有微弱影響，但在可接受范圍內(nèi)。

我國于2015 年啟動常導(dǎo)超低場艦載MRI 裝備的研制工作，攻克了六大核心關(guān)鍵難題，成功研制出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的常導(dǎo)超低場電磁型艦載MRI 裝備，打破了國外壟斷和技術(shù)封鎖，大大提升了國家遠(yuǎn)海衛(wèi)勤保障能力［16］。艦載MRI 裝備因尺寸、材料特性、材料分布、工況、外界激勵(lì)條件等不同，對于振動的動態(tài)響應(yīng)特性會有所差異，各階模態(tài)下的性能也會有所不同。目前，國內(nèi)外對于艦載式MRI裝備的動態(tài)響應(yīng)特性研究較少，且尚未有系統(tǒng)性研究。

因此，本文對某型國產(chǎn)常導(dǎo)超低場艦載MRI 裝備進(jìn)行艦船振動適應(yīng)性數(shù)值計(jì)算和有限元仿真分析研究，建立艦載MRI 裝備、安裝固定裝置、艦船艙室結(jié)構(gòu)等系統(tǒng)的多剛體動力學(xué)數(shù)值模型，并進(jìn)行有限元建模與計(jì)算網(wǎng)格劃分，設(shè)計(jì)典型振動工況下的邊界條件，對問題及求解域進(jìn)行定義；同時(shí)使用ANSYS Workbench 軟件進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)模態(tài)提取與有限元計(jì)算分析，計(jì)算螺旋槳和主機(jī)等激勵(lì)源產(chǎn)生的激振力作用下的振動頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)，從而對艦載MRI安裝位置的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與仿真分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)隔振優(yōu)化裝置，驗(yàn)證該型艦載MRI 裝備的船舶振動安全性與可靠性。

2 常導(dǎo)超低場艦載MRI裝備有限元數(shù)值建模

2.1 常導(dǎo)超低場艦載MRI裝備與移動式整體模塊三維數(shù)字化建模

艦載MRI 裝備若要實(shí)現(xiàn)與陸地醫(yī)院所用大型MRI 系統(tǒng)相同的功能，其磁體以及部件設(shè)計(jì)必須滿足持續(xù)海上顛簸與復(fù)雜電磁環(huán)境的要求。本文建模分析對象為我國首臺自主研發(fā)的常導(dǎo)超低場艦載MRI 裝備，其采用開放式雙立柱口字型常導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)，電磁勵(lì)磁可產(chǎn)生0.1T 以上的主磁場，安裝了超高靈敏度射頻接收線圈、高均勻度射頻發(fā)射線圈和有源自屏蔽雙梯度線圈，降低了系統(tǒng)渦流，控制線性度小于3%。其還具備超高穩(wěn)定度的電源系統(tǒng)，開發(fā)了超低場環(huán)境下的系統(tǒng)信噪比提升算法、快速成像算法等智能化成像模塊。本文通過CAD 三維逆向重建獲得該常導(dǎo)超低場艦載MRI裝備的三維數(shù)字化模型，見圖1。

Fig.1 3D digital model of the main magnet of normally conducting ul?tra-low field shipboard MRI equipment圖1 常導(dǎo)超低場艦載MRI裝備主磁體三維數(shù)字化模型

為了便于運(yùn)輸與安裝，對常導(dǎo)超低場艦載MRI 裝備進(jìn)行模塊化組合設(shè)計(jì)，形成一個(gè)整體移動式模塊。該模塊由磁體、電器柜兩部分組成，見圖2。磁體模塊包括磁體、屏蔽房（尺寸：3 000mm×2 500mm×2 000mm）以及運(yùn)輸工裝，這些部件均需要在生產(chǎn)基地加工完成，然后作為一個(gè)整體由貨車運(yùn)輸?shù)窖b機(jī)地點(diǎn)；電器柜模塊是將穩(wěn)壓電源、磁體電源柜、系統(tǒng)柜、冷機(jī)集成于一個(gè)空間內(nèi)，集成后的模塊規(guī)格為2 000mm×2 400mm×2 000mm，同時(shí)將冷機(jī)管路連接起來，預(yù)留出與磁體連接的部分；電源柜與系統(tǒng)柜的線路連接起來，預(yù)留出與磁體連接的部分，以便現(xiàn)場快速安裝。

Fig.2 Integral mobile module of the normally conducting ultra-low field shipborne MRI equipment圖2 常導(dǎo)超低場艦載MRI裝備整體移動式模塊

2.2 艦船安裝位置有限元數(shù)值建模

通過在某型醫(yī)院船實(shí)地勘測以及聽取船上專家建議，選擇3 處艦載MRI 裝備安裝地址，分別為01 甲板搶救區(qū)、01 甲板外側(cè)弦邊角和直升機(jī)停機(jī)庫及室外停機(jī)坪。選取3 處工況中環(huán)境最為惡劣的安裝位置進(jìn)行分析，從而更加科學(xué)有效地驗(yàn)證常導(dǎo)超低場艦載MRI 裝備在艦船上的安全性和可靠性。對該型艦船進(jìn)行動力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)船尾停機(jī)坪距離艦船發(fā)動機(jī)和螺旋槳最近，受傳導(dǎo)振動與艦船搖擺影響最大，因此選取該處作為常導(dǎo)超低場艦載MRI 裝備的安裝位置進(jìn)行分析。艦船直升機(jī)甲板結(jié)構(gòu)段有限元數(shù)值模型如圖3所示。

Fig.3 Finite element numerical model of ship's helicopter deck struc?ture圖3 艦船直升機(jī)甲板結(jié)構(gòu)段有限元數(shù)值模型

2.3 艦船安裝部分有限元數(shù)值建模

根據(jù)常導(dǎo)超低場艦載MRI 裝備整體移動式模塊設(shè)計(jì)方案和三維數(shù)字化模型，以及艦船安裝位置的甲板尺寸和材質(zhì)，確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域，進(jìn)行艦船安裝部分有限元數(shù)值建模。常導(dǎo)超低場艦載MRI 裝備模塊的建模計(jì)算尺寸如表1 所示，其中艦載MRI 裝備作為整體模塊中的質(zhì)量塊進(jìn)行建模。艦船安裝部分有限元模型包含艦載MRI 裝備整體模塊、直升機(jī)甲板尾部艙段結(jié)構(gòu)模塊以及代表艦載MRI 裝備的整體模塊內(nèi)部質(zhì)量塊。采用有限元數(shù)值建模方法將求解域離散化，近似為具有不同大小和形狀且彼此相連的有限個(gè)單元組成的離散域，以完成有限元網(wǎng)格劃分。艦載MRI 裝備整體模塊及內(nèi)部質(zhì)量塊有限元數(shù)值模型見圖4，艦船安裝部分有限元數(shù)值模型見圖5。

Table 1 Modeling and size calculation of shipborne MRI equipment module表1 艦載MRI裝備模塊建模計(jì)算尺寸（mm)

Fig.4 Finite element numerical model of the overall module and in?ternal mass block of shipboard MRI equipment圖4 艦載MRI裝備整體模塊及內(nèi)部質(zhì)量塊有限元數(shù)值模型

Fig.5 Finite element numerical model of the ship installation part圖5 艦船安裝部分有限元數(shù)值模型

3 艦載MRI 裝備艦船振動響應(yīng)有限元數(shù)值計(jì)算分析

3.1 有限元模態(tài)分析方法

模態(tài)分析的主要目的是通過數(shù)值計(jì)算分析艦船結(jié)構(gòu)及艦載大型裝備的固有振動頻率和振型，以避免出現(xiàn)共振和有害振型。同時(shí)，模態(tài)分析可為艦船其他附屬設(shè)備的振動響應(yīng)測試與分析提供一定參考依據(jù)。本文采用有限元模態(tài)分析方法對艦載MRI 裝備擬安裝位置（船尾部）結(jié)構(gòu)模態(tài)進(jìn)行計(jì)算，使用ANSYS Workbench 軟件中的Block Lanczos 方法進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)模態(tài)提取與有限元計(jì)算分析，計(jì)算螺旋槳和主機(jī)等激勵(lì)源產(chǎn)生的激振力作用下的振動頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)，對安裝位置的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與仿真分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)隔振優(yōu)化裝置。在進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，ANSYS Workbench 軟件針對模態(tài)提取提供了很多計(jì)算方法，如Block Lanczos、Subspace 和QR Damped等?？紤]到分析對象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，計(jì)算精度、復(fù)雜度與時(shí)長等因素，需要在保證精度的情況下提高效率。而Block Lanczos 方法僅使用一個(gè)單一稀疏求解器，收斂速度較快，對具有對稱性結(jié)構(gòu)的大型問題具有很強(qiáng)的解決能力。艦載MRI 裝備系統(tǒng)為大型結(jié)構(gòu)，并且具有很好的對稱性，故選擇Block Lanczos 方法進(jìn)行分析。

結(jié)構(gòu)模態(tài)計(jì)算即求解結(jié)構(gòu)振動的固有特性。結(jié)構(gòu)的固有振動特性與外部載荷無關(guān)，且固有頻率和振型受阻尼的影響較小，因此可利用無阻尼自由振動方程求解模態(tài)參數(shù)。多自由度系統(tǒng)無阻尼自由振動方程的一般形式為：

式中，{q}為系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)位移分量組成的n 階列陣；n為系統(tǒng)總自由度數(shù)；［M］、［K］分別為結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣和剛度矩陣。自由振動可看作是一系列簡諧振動的疊加，因此式（1）的解可設(shè)為：

高潮用手機(jī)給“詩的妾”發(fā)了個(gè)短信：LAOPO，戰(zhàn)況如何？等了許久也不見“詩的妾”回信息，就想她可能一見原配大官人，就餓虎撲食般地?fù)溥M(jìn)他的懷里，此刻，他們或許正在激戰(zhàn)席夢思也說不定呢。

式中，{?}為節(jié)點(diǎn)振幅列向量，?i為自由度i方向的振幅，ω 為簡諧振動圓頻率，j為虛數(shù)單位。

將式（2）代入式（1），消去ejωt，得到：

通過以上步驟可求得各特征值以及相應(yīng)的特征向量，對所有特征向量進(jìn)行上述變換的逆變換可求出所有特征向量，從而獲得結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型。

3.2 艦船振動響應(yīng)數(shù)值計(jì)算

船舶尾部結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)分析的目的在于探討船舶尾部關(guān)鍵結(jié)構(gòu)在不同激振力作用下的振動響應(yīng)，并與尾部模態(tài)分析相結(jié)合獲得船尾結(jié)構(gòu)整體振動特性。對于線性系統(tǒng)而言，在激振力f(t)作用下的振動響應(yīng)x(t)可通過式（6）求解：

式中，H(ω)為系統(tǒng)的頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)。

振動響應(yīng)分析流程如圖6 所示，圖中I(ω)為系統(tǒng)頻域分析時(shí)輸入的隨頻率變化的單位力。由圖6 可知，在激振力已知的情況下，求解系統(tǒng)振動響應(yīng)的關(guān)鍵在于求出傳遞函數(shù)H(ω)。

Fig.6 Flow of vibration response analysis圖6 振動響應(yīng)分析流程

式中，[M]、[C]、[K]分別為系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣與剛度矩陣；{F(t)}為時(shí)變的節(jié)點(diǎn)載荷向量；｛q｝為節(jié)點(diǎn)位移向量。該問題的實(shí)質(zhì)是將連續(xù)系統(tǒng)的偏微分方程或方程組的求解問題轉(zhuǎn)化為由有限個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多自由度系統(tǒng)的常微分方程組求解問題。

運(yùn)用模態(tài)疊加理論對式（7）求解，在單頻激勵(lì){F(t)}={F}ejωt的作用下，設(shè)系統(tǒng)響應(yīng)為：

式中，[?]為模態(tài)矩陣，{P}為模態(tài)坐標(biāo)向量，則式（8）可變換為：

進(jìn)而得到系統(tǒng)在物理坐標(biāo)下對頻率ω 的響應(yīng)。改變頻率ω 不斷求解，便可得到不同激勵(lì)頻率ω 下系統(tǒng)的響應(yīng)情況。

3.3 艦船振動響應(yīng)計(jì)算工況設(shè)計(jì)

船舶尾部頻率響應(yīng)計(jì)算的激振力主要包括螺旋槳和主機(jī)兩種機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的激振力。由于整個(gè)船舶尾部艙段為線性系統(tǒng)，且不同船舶的螺旋槳和主機(jī)功率不同，在此僅計(jì)算各激振力作用下的頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)，其中激振力的設(shè)定如下。

3.3.1 螺旋槳軸承力

螺旋槳軸承力包括縱向推力、橫向推力以及縱向扭矩，其中縱向推力沿“+Y”方向作用于螺旋槳中心，橫向推力沿“-X”方向作用于螺旋槳中心，縱向扭矩沿“+Y”方向作用于螺旋槳中心。計(jì)算過程中，螺旋槳縱向推力和橫向推力大小設(shè)定為10 000N，縱向扭矩大小為10 000N·m。

3.3.2 螺旋槳表面力

螺旋槳表面力為螺旋槳工作時(shí)因水壓變化引起的作用于附近船體外表面上的脈動水壓，其沿“+Z”方向施加于尾部舵機(jī)艙船底板下表面，大小為1kPa。

3.3.3 主機(jī)力矩

主機(jī)工作時(shí)對船體產(chǎn)生的激振力主要為作用于傳動軸上的傳遞力矩。扭矩沿“+Y”方向施加于傳動軸端，大小為10 000N·m。

上述3 種激振力的頻率范圍均為1～500Hz，其中1～100Hz范圍內(nèi)步長為1Hz，100～500Hz 范圍內(nèi)步長為5Hz。

4 艦載MRI 裝備艦船振動響應(yīng)有限元數(shù)值分析結(jié)果

4.1 艦船安裝部分整體模態(tài)分析結(jié)果

船體鋼結(jié)構(gòu)均采用Q235 鋼的材料屬性，利用ANSYS Workbench 進(jìn)行模態(tài)分析，分析結(jié)果見圖7、圖8、圖9。可以看出，一階模態(tài)為局部模態(tài)，而后逐漸轉(zhuǎn)為整體模態(tài)，艦載MRI裝備的頂端相較于底、側(cè)端更容易發(fā)生振動變形。

Fig.7 Overall first-order mode of the ship's installation part圖7 艦船安裝部分整體一階模態(tài)

Fig.8 Overall third-order mode of the ship's installation part圖8 艦船安裝部分整體三階模態(tài)

4.2 艦船安裝部分整體振動響應(yīng)計(jì)算結(jié)果

Fig.9 Overall fifth-order mode of the ship's installation part圖9 艦船安裝部分整體五階模態(tài)

按照計(jì)算工況對系統(tǒng)擬安裝位置有限元模型進(jìn)行計(jì)算，得到各激振力作用下艦載MRI 裝備模塊角點(diǎn)位置的振動頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)以及各激振力對船尾振動的影響結(jié)果。根據(jù)船舶ISO 6954-1984 振動響應(yīng)規(guī)范［17］，結(jié)合圖10、圖11 的速度響應(yīng)曲線可得出以下結(jié)論：①船舶尾部各關(guān)鍵位置的振動響應(yīng)在21Hz 以下時(shí)振動響應(yīng)在小幅波動中整體呈上升趨勢，21Hz以上時(shí)振動響應(yīng)維持在較高能量振動水平；②四角點(diǎn)振動響應(yīng)曲線在21Hz 時(shí)達(dá)到峰值，而在30Hz 以上時(shí)振動響應(yīng)平穩(wěn)；③最高速度響應(yīng)為9.076 7 mm/s，不符合船舶振動規(guī)范規(guī)定，應(yīng)采取減振措施以保證系統(tǒng)可靠性。

Fig.10 Velocity response curve at corner point of shipboard MRI equipment module圖10 艦載MRI裝備模塊點(diǎn)速度響應(yīng)曲線

Fig.11 Velocity response curve at corner angle of shipboard MRI equipment module圖11 艦載MRI裝備模塊角速度響應(yīng)曲線

4.3 隔振優(yōu)化設(shè)計(jì)

隔振即阻斷或減弱固體傳播振動的措施。實(shí)際上，振動不能被絕對隔絕，故通常又稱為減振。隔振的主要方法即在振源及其基礎(chǔ)之間裝設(shè)減振裝置，以減少振源的振動能量向其基礎(chǔ)傳遞，從而達(dá)到降低噪聲的目的。如圖12a所示，當(dāng)設(shè)備直接安裝在剛性基礎(chǔ)上時(shí)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)存在一個(gè)激振力F=F0cos ωt，式中F0為激振力幅值，ω 為激振力圓頻率。由于支承基礎(chǔ)是剛性的，受力時(shí)不變形，這個(gè)擾動便會完全傳遞給基礎(chǔ)，使基礎(chǔ)也產(chǎn)生振動；而基礎(chǔ)又將這個(gè)力幾乎全部作用于周圍地層中，導(dǎo)致地層也發(fā)生振動。如此相互作用，振動能量沿固體連續(xù)結(jié)構(gòu)較快傳播。若在設(shè)備與基礎(chǔ)之間安裝由彈簧和彈性襯墊材料（如橡膠、軟木等）組成的彈性支座組成隔振系統(tǒng)，此時(shí)設(shè)備與其基礎(chǔ)之間由原來的剛性連接變?yōu)閺椥赃B接，支座受力可以發(fā)生彈性形變以起到緩沖作用，減弱了對基礎(chǔ)的沖擊力。通過隔振的彈性支座后，傳遞給基礎(chǔ)的力將會減弱，從而使基礎(chǔ)產(chǎn)生的振動減弱。同時(shí)，由于支座材料本身的阻尼，振動能量損耗，也減弱了設(shè)備傳遞給基礎(chǔ)的振動，從而使噪聲輻射量降低，具體如圖12b 所示。以上即為隔振降噪的基本原理，隔振時(shí)使用的彈性支座稱為隔振器，對于機(jī)械設(shè)備來說，隔振器質(zhì)量可以忽略，可看作僅由彈性支承裝置與能量消耗裝置（阻尼）組成。

Fig.12 Schematic diagram of vibration isolation principle圖12 隔振原理示意圖

隔振效果一般可用振動傳遞率T 表示，其定義為彈性元件（隔振器）傳遞給基礎(chǔ)的力FT與設(shè)備傳遞到彈性元件（隔振器）上的力（激振力）F之比，簡稱傳遞率，表示為：

基于危險(xiǎn)工況的振動衡準(zhǔn)相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過初步計(jì)算分析，認(rèn)為現(xiàn)有MRI 裝備與集裝箱之間應(yīng)采用彈性隔振裝置的連接方式，從而降低船舶主、輔機(jī)和螺旋槳等振源的輸入能量。根據(jù)目前的隔振器優(yōu)化布置方案，經(jīng)初步分析，在MRI 裝備機(jī)腳處安裝可降低90%以上振動峰峰值。采用隔振器減振后，MRI 裝備的振動輸入在安全范圍內(nèi)，基本可保證其不受振動損壞。

5 結(jié)語

MRI 作為大型高端醫(yī)療設(shè)備，具有極為精密和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代醫(yī)療系統(tǒng)中必不可少的診斷工具。目前為止，我國沒有在艦船環(huán)境中使用MRI 設(shè)備的先例。前期，國產(chǎn)常導(dǎo)超低場艦載MRI 裝備的研制充滿了挑戰(zhàn)，攻克了若干核心關(guān)鍵技術(shù)，后期如何將該型MRI 裝備應(yīng)用于艦船，使科技創(chuàng)新成果早日轉(zhuǎn)化為國家衛(wèi)勤保障力量，同樣是一個(gè)具有挑戰(zhàn)的課題。艦船環(huán)境完全不同于陸地，海上風(fēng)浪導(dǎo)致的搖擺升降、艦船本身的振動等對于MRI 裝備這樣高精密復(fù)雜系統(tǒng)都是致命危害因素。為此，本文采用ANSYS Workbench 中的Block Lanczos 方法進(jìn)行仿真計(jì)算分析，對該型MRI 裝備在艦船環(huán)境下的振動響應(yīng)進(jìn)行了有限元建模與仿真分析。通過對危險(xiǎn)工況下的振動衡準(zhǔn)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)采用彈性隔振裝置的連接方式可降低船舶主、輔機(jī)和螺旋槳等振源的輸入能量，在MRI裝備機(jī)腳處安裝可降低振動峰值90%以上，振動輸入在安全范圍內(nèi)，可保證MRI 裝備不受艦船固有振動影響，艦載裝備船舶振動安全性與可靠性亦可得到充分保障。本研究結(jié)果為后續(xù)常導(dǎo)超低場艦載MRI 裝備的上艦試驗(yàn)試航奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。