对轴系校中影响的船体变形研究

以某大型集装箱船和大型油船为实例,提出了适用于轴系校中的船体变形计算原则,建立了轴系中心线相对变形的计算方法和流程.通过对轴系中心线垂向相对变形的有限元计算,研究和分析了船舶各工况时,轴系中心线变形的态势,提出了轴系校中所应计算的工况、各工况船体变形值的应用方法,并建议将反变形法用于轴系校中技术.     

某8 530 TEU集装箱船的船体变形对轴系特性的影响

针对一艘8 530 TEU大型远洋集装箱船在不同海况下的船体变形与轴系动态特性的耦合作用问题,采用ANSYS与ADAMS软件建立推进轴系的刚柔耦合模型,通过在船体上添加外载荷的方式获得船体变形对推进轴系的作用并进行拟合,得到各轴承测点处船体变形激励的变化。将各轴承位置的垂向位移设为激励输入,得到船舶轴系扭转振动的频响函数图,模拟不同实际海况下的船舶轴系动态特性。结果表明,船体变形对船舶推进轴系扭转振动影响明显,改变航速、浪高、浪向角,扭转振动曲线的波峰位置几乎不会发生变化,但峰值大小明显不同。     

基于动刚度法的水面船舶桨-轴-船体耦合系统

为分析在低频段内船体两侧螺旋桨激励相位差对船体振动的影响,基于动刚度法建立水面船舶桨-轴-船体耦合系统的横向振动3梁耦合模型。将动刚度法的计算结果与有限元法进行对比,表明动刚度法具有良好的精度。分析桨-轴-船体耦合系统的垂向固有振动特性。在低频段内该系统主要表现为船体梁的振动,推进轴系对船体梁的固有特性影响较小。对左右双桨分别施加不同相位差的单位垂向简谐力,计算由各轴承位置输入至船体梁的功率流。结果表明,双桨激励相位差的增大会使输入至船体梁的功率流变小。因此,在对桨-轴-船体耦合系统的横向振动控制方面,应重点关注双桨激励相位差较大时的工况。     

计入船体变形激励的大型船舶推进轴系振动性能研究

大型船舶的船体变形与其推进系统之间的耦合影响成为船舶领域的研究热点,开展船体变形激励下的推进轴系振动性能的研究对保证船舶可靠运行十分必要。文章以船舶轴系动力学方程为研究基础,建立其计入船体变形激励的大型船舶推进轴系的动力学模型并通过解析解与数值解的对比验证了方法的可靠性。依据此模型,以某大型集装箱船舶为研究对象,分别探索了船体变形激励不确定方向下以及变尺寸参数下轴系振动的影响规律,为大型船舶船体变形激励下的轴系振动问题提供了理论基础。     

艉部激励对船舶推进轴系回旋振动的影响

以某型船舶推进轴系为研究对象,将轴系受到的艉部激励分解为垂向、横向和轴向的3个分量,通过在艉轴承对应节点处计入相应方向的载荷来模拟艉部激励的不同分量,利用ANSYS计算从单向艉部激励分量和多向艉部激励分量共4种工况来探讨艉部激励对轴系回旋振动的影响规律。结果表明:艉部激励垂向分量、横向分量均可以激起轴系的回旋振动,且垂向分量比横向分量的影响更大;而艉部激励轴向分量对轴系回旋振动没有影响;0 Hz~100 Hz频率范围内,回旋振动的共振幅度随共振频率的增加而增大;在多个方向的艉部激励分量同时作用下,轴系在垂直和水平方向的振动响应是一致的。     

船舶轴系异常噪声分析及控制

分析某船舶在低速航行时艉轴的异常噪声,通过故障排除和理论分析的方法研究了轴系异常噪声的根源和产生机理：船舶轴系受多个载荷作用,导致船体、螺旋桨轴和艉轴承产生变形,在艉轴承中心线与螺旋桨轴颈中心线之间形成一个变形角,船舶在低速航行时,轴系变形产生的回旋运动对艉轴承润滑性能的影响以及二者之间的相互耦合是轴系产生振动并产生噪声的根本原因。同时提出船舶在设计、生产及使用过程时避免轴系声响的控制方法。     

舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性

螺旋桨激励力会通过轴系向各轴承基座传递,并激发船体结构产生振动声辐射问题。为掌握螺旋桨不同方向激励力通过轴系的传递规律,利用船舶推进轴系试验台,在轴系固有特性计算与测试的基础上,测试分析螺旋桨水平、垂向与纵向激励力通过轴系向3个轴承基座的传递特性。结果表明:单方向激励力作用下,轴系会产生不同方向的耦合振动,并在基座处产生3个方向的振动,其中轴系振动固有频率有明显体现;不同方向的激励力传递路径不同,水平激励在艉轴后轴承基座处产生较大水平振动,垂向激励在艉轴后轴承和推力轴承基座处产生较大垂向振动,纵向激励在推力轴承基座处产生较大纵向振动,螺旋桨激励力通过轴系向艉轴前轴承基座的传递相对较弱;与垂向激励相比,水平激励会在3个轴承基座处产生更大的振动响应。     

船舶轴系异常噪声的分析与控制

分析了某大型船舶在低速航行中尾轴的异常噪声.运用理论分析和相关检验的方法研究了轴系异常噪声的根源和产生机理:船舶轴系受多个载荷作用,导致船体、螺旋桨轴和尾轴承发生变形,在尾轴承中心线与螺旋桨轴颈中心线之间形成1个变形角;船舶低速航行时,轴系变形产生的回旋运动对轴承润滑性能的影响以及二者之间的相互耦合是轴系产生振动并辐射噪声的根本原因.提出了在船舶设计和建造过程中降低轴系异常噪声的措施.     

艉部激励对船舶推进轴系回旋振动的影响分析

船舶推进轴系作为整个船舶动力装置的重要组成部分，其稳定运转对于船舶的安全航行具有重大意义。然而推进轴系在实际运转过程中，会受到各种各样的艉部激励作用，进而引发轴系回旋振动。本文以某型船舶推进轴系为研究对象，将轴系受到的艉部激励分解为垂向、横向、轴向的三个分量，通过在艉轴承对应节点处计入相应方向的载荷来模拟艉部激励的不同分量，利用ANSYS计算从单向艉部激励分量和多向艉部激励分量共四种工况来探讨艉部激励对轴系回旋振动的影响规律。结果表明：艉部激励垂向分量、横向分量均可以激起轴系的回旋振动，且垂向分量比横向分量的影响更大；而艉部激励轴向分量对轴系回旋振动没有影响。0～100 Hz的频率范围内，回旋振动的共振幅度随共振频率的增加而增大；在多个方向的艉部激励分量同时作用下，轴系在垂直方向与水平方向的振动响应是一致的。     

推进轴系——船体结构低频弯曲振动耦合特性

为分析水面舰船推进轴系与船体结构的低频弯曲耦合振动问题,利用有限元法建立了推进轴系—船体结构耦合系统的数学模型,计算系统的垂向及水平向弯曲振动固有特性,并与利用简化模型得到的计算结果进行了对比分析。结果表明:在推进轴系第1阶弯曲振动固有频率以下频段,推进轴系—船体结构系统主要体现为船体梁振动,推进轴系跟随船体梁运动;在推进轴系的每阶振动固有频率附近,由于存在一个固有频率非常接近的船体梁振动模态,故在该频段桨—轴系统与船体梁有较强的耦合作用;在船体梁的质量及截面面积惯性矩远大于轴系对应参数的情况下,仅分析推进轴系自身的低频固有振动特性时,将船体结构简化为刚性安装基础所带来的误差很小,但是推进轴系简化模型不能反映推进轴系—船体结构的耦合振动模态及多轴系时的反相位振动模态。     

考虑艇体变形影响的轴系合理校中

为提高潜器推进轴系校中计算的准确度,使计算结果与实际情况更为接近,必须考虑艇体变形对轴承变位的影响,并将其作为轴系校中计算的初始边界条件。通过三维有限元计算,分析模型潜器的整艇湿表面结构在重力和水压作用下的变形情况,由此获得艇体艉部的结构变形数据。提出“共线程度”的概念和计算方法,将艇体结构变形数据转化为轴系各轴承相对变位数据,作为潜器推进轴系合理校中计算轴承的初始变位。利用轴系合理校中计算程序,在考虑艇体变形和轴承刚度的条件下,对模型潜器的轴系布置进行优化计算。结果表明：安装时,1#、2#、3#轴承位于理论中心线上,4#轴承变位为理论中心线向上0.4 mm能够获得合理的轴系校中状态。     

考虑船体变形的轴系动态校中算法

船体变形是影响轴系校中质量的关键动态因素，其对船舶的安全运营起着至关重要的作用。对此，本文在船舶轴系合理校中计算的基础上，提出了一种考虑船体变形的轴系动态校中算法。通过研究船体变形对轴承相对位移的影响变化，结合轴系结构特点和船级社的相关统计规律，得到了在船体变形下轴承相对位移的数学表达式；将主机轴承脱空作为临界点，计算出轴系所能承受的最大船体变形，并以此确定了轴承位移的安全余量。以176000DWT散货船为例，实现了考虑船体变形的轴系动态校中，并验证了算法的准确性。     

大型船舶推进轴系与船体变形耦合响应分析

船舶大型化使得船体变形对推进轴系的影响越来越突出。在研究大型集装箱船的基础上,采用有限元法探讨了大型集装箱船全船结构有限元模型和推进轴系的建模方法,波浪载荷计算方法以及轴系振动响应分析技术。以一艘8530TEU集装箱船为研究对象,实现了全船有限元分析全过程,对不同工况下推进轴系轴承支撑点处的船体变形进行了计算分析与讨论。采用ANSYS软件建立轴系有限元模型,施加不同的船体变形激励对轴系振动响应进行了分析。研究结果对轴系减振及避振措施具有一定的参考意义。     

弹性支承对船舶轴系的影响分析

船舶推进轴系引起的船体振动问题日益突出,为了减小推进轴系传递给船体的振动,从改变振动传递路径的角度提出一种轴系整体弹性支撑方案。建立有限元模型,改变支撑平台结构刚性和隔振器刚度分别计算轴承基座间相对位移和轴承载荷。所选取的平台方案中,在重力下轴承基座间最大相对位移为1.216 mm。推力作用下当推力大于500 kN时,采用1阶弯曲频率在18.2 Hz及以上的平台方案时,轴承基座间最大相对位移小于0.3 mm,隔振器刚度变化则对轴承载荷影响不大。通过调整平台刚度和隔振器刚度,可以将弹性支撑系统对轴系影响控制在标准范围内,保证轴系安全运行。     

中间轴承对船舶轴系力学状态影响的数字模拟

本文以主机为WNSD7RTA62U的某油轮的轴系为对象,通过对比分析四种不同的中间轴承的布置方案,评价了中间轴承对船舶轴系力学状态的影响.本文轴系合理校中与轴系回旋振动的数字计算结果表明,中间轴承对船舶轴系的状态存在着比较复杂的作用,首先在常规设计中,必须对中间轴承的位置进行三维优化;其次取消中间轴承的非常规设计,对船舶轴系的状态的改善是可行的.这对解决大型船舶轴系校中受船体变形影响和革新大型船舶轴系的传统设计与计算是有用的.     

大型船舶船体变形对轴系校中的影响分析

针对某大型散货船,根据有、无尾管前轴承两种不同的轴系布置,分别进行轴系的校中计算,并估算极限状态下的船体变形,在校中计算过程中考虑船体变形的影响.分析结果表明,船体变形影响轴系中的轴承负荷分布,无尾管前轴承的轴系布置对船体变形的敏感程度相对较低。     

Research on shafting alignment considering ship hull deformations

Ship hull deformation is one of the most significant influences on propulsion shafting alignment. Based on the calculation fundamentals of ship hull deformations, a new method of shafting alignment considering ship hull deformations is proposed in this paper. Ship loadings, wave loads and environment temperature differences in some extreme conditions, as well as elastic constraints, are simulated and applied to the finite element model of 76,000 DWT product oil tanker, so that ship hull deformations can be solved. Then, the deformations of the double bottom are converted to bearing offsets, which behave as boundary constraints for shafting alignment calculations. Taking the condition of light ship in calm water as a reference, the impact of hull deformations on shafting alignment is analyzed and optimized shafting alignment considering ship hull deformations is realized.     

船体变形对主机轴承负荷影响的近似计算

营运船舶因外来原因造成船体变形,导致主机EB2和EB3轴承失去负荷且损坏轴瓦的事故,自20世纪70年代以来,一直受到各船级社和船舶设计和建造的研究部门重视。NK船级社在传统轴系校中时使用支反力影响数并引入了作用于机舱后舱舱壁处的当量支反力影响数,据此近似计算出在船体变形情况下,主机EB2和EB3轴承失去负荷的机舱后舱舱壁处的相对位移量。该量化指标使设计人员在轴系校中计算中加深了对船体变形的理解。     

船舶艉部结构对尾轴振动特性影响研究

船舶大尺度效应造成船体变形大,使船舶轴系和船体之间相互耦合、相互影响问题十分突出。为此,建立了具有非线性油膜力作用的尾轴-油膜-艉部结构耦合系统动力学模型,推导了系统的动力学微分方程并对方程进行求解,分析了不同转速下尾轴的非线性动力学特征,总结了艉部结构系统的固有频率,参振质量,支承刚度,连接刚度对尾轴振动特性的影响。结果表明：考虑艉部结构的影响之后,尾轴-艉部结构耦合系统的振动特性发生了较大的改变,耦合程度受艉部结构固有频率影响较大,尾轴最大振幅随艉部结构参振质量,支承刚度的变化而发生改变。