基于有限元法的法兰盘式推力轴承改型设计

用温度法模拟螺栓预紧力,并采用接触分析模拟了联接螺栓和U型端盖以及后壳体之间的摩擦接触,利用有限元法对推力轴承进行了强度计算,计算结果表明改型后的法兰盘式推力轴承设计合理,其强度在允许范围之内。     

船用低速柴油机主轴承盖预紧实验研究

某型低速柴油机主轴承盖在设计时,采用与竖直方向倾斜的轴承盖螺栓,其目的在于:轴承盖螺栓预紧时产生的水平分力使主轴承盖两侧张开,以实现主轴承盖的自动居中定位作用。本文通过主轴承盖张紧和安装实验,验证了主轴承盖在螺栓预紧力作用下能够实现自动居中定位的作用。然后通过有限元分析,研究螺栓预紧载荷与主轴承盖变形量之间的规律,并得到主轴承盖与轴承座接触面之间的摩擦系数,对实验结果进行很好的验证和补充。     

船用低速柴油机主轴承盖预紧实验研究

某型低速柴油机主轴承盖在设计时,采用与竖直方向倾斜的轴承盖螺栓,其目的在于:轴承盖螺栓预紧时产生的水平分力使主轴承盖两侧张开,以实现主轴承盖的自动居中定位作用.本文通过主轴承盖张紧和安装实验,验证了主轴承盖在螺栓预紧力作用下能够实现自动居中定位的作用.然后通过有限元分析,研究螺栓预紧载荷与主轴承盖变形量之间的规律,并得到主轴承盖与轴承座接触面之间的摩擦系数,对实验结果进行很好的验证和补充.     

海上风机叶根螺栓瞬态应力分析与可靠性优化

大兆瓦海上风电机组叶根螺栓螺纹副预紧载荷分布非均匀行为是诱发螺栓在高预紧状态下预紧力早期衰退的最主要原因之一。结合海上风机叶根螺栓的预紧工艺,文章从螺纹副载荷非均匀分布行为入手,提出了一种基于螺纹副载荷分布计算的螺纹参数匹配与连接工艺优化方法。首先,构建了参数驱动的螺纹副精细化有限元瞬态动力学模型,并对螺纹牙型角、螺距等特征进行了参数化建模,计算了采用拉伸法工艺预紧叶根螺栓过程中标准螺纹副受载历程与载荷分布状态;然后,搭建了基于拉伸法工艺预紧螺栓的试验系统,以螺栓预紧力瞬时衰减值为判据验证了螺纹副载荷分布行为有限元计算模型的有效性与精度。最后,以某型10 MW级风电机组用M36高强度螺栓为工程应用对象,基于叶根螺栓拉伸法预紧工艺下螺纹副载荷分布对其螺纹特征进行了参数化适配设计。结果表明：采用本文提出的方法,有效控制了拉伸法预紧螺栓过程中的预紧力损失,降低了螺牙的最大结构应力的同时改善了螺纹副的应力分布,有利于提高风电机组的运行可靠性。     

冲击载荷作用下预紧力螺栓强度特性研究

对冲击载荷作用下的预紧力螺栓进行强度分析,对比分析螺栓联接结构在横向冲击和纵向冲击以及不同预紧力和不同冲击载荷工况下的螺栓强度和结构响应,验算了某舰用汽缸在冲击载荷作用下的螺栓强度。研究表明,螺栓联接在冲击载荷作用下,螺栓的应力响应随着预紧力的变化而变化,且受剪螺栓的预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大;受拉螺栓的强度会随着其预紧力的增大而变薄弱;同时受剪拉作用的螺栓,当预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大。     

预受载荷的舰船设备抗冲击分析

以舰船压力容器设备为对象,研究了在设备冲击动力学模拟中借助准静态分析计入螺栓预紧力和容器压力等预受载荷的方法。采用降温法模拟螺栓预紧力,并与标准的螺栓载荷法对比得到合适的低温载荷,结果表明降温法对于复杂模型的瞬态分析而言是准确性与效率兼备的选择。文中还将螺栓预紧力、工作压力和冲击载荷在同一个计算步中综合模拟,表明准静态分析与显式动力学算法的结合可以稳定准确的模拟舰船复杂设备的冲击响应。     

螺栓预紧力对舰用汽缸力学特性的影响研究

针对螺栓预紧力对舰船设备力学特性影响研究较少的现象,以某舰用汽缸为例,研究螺栓预紧力对其力学特性的影响,对舰用汽缸在无螺栓预紧力和螺栓预紧力不同工况下进行对比,分析汽缸的变形和螺栓的强度。研究表明：为使舰用汽缸工作时发生较小相对位移,增强密封性能,在保证螺栓强度条件下应充分发挥螺栓预紧力作用,其预紧应力应控制在其材料屈服极限的45%～52%之间。     

调距桨桨叶固定螺栓的强度研究

本研究是针对大型可调螺距螺旋桨桨叶固定螺栓的疲劳寿命而进行的,着重对作用在螺栓上的应力及螺栓材料的疲劳强度进行了分析。为估算螺栓的工作应力,试验采用全尺度调距桨模型。相当于所估算的水动力和离心力的作用力分别固定地作用在模型桨叶及其叶边上(毂径437.5毫米)。由于螺栓强度似乎是按材料的疲劳强度及刚度而变化的,试验中就选用了不锈钢SUS44B、铜合金AMB102F及ABB-2等高度防蚀材料。对由这三种材料制成的全尺度螺栓头模型也作了试验,以估算其在直接应力状态下的疲劳强度。由上述试验可得到下列结论: (1)桨叶固定螺钉的工作载荷分布,与常规计算方法中的数值区别很大。 (2)压力面前边的螺栓载荷大于其它螺栓的载荷。 (3)当增加预紧力时,各个螺栓的分配载荷减少,趋近于一定值。 (4)为获得各个螺栓的最小工作载荷,有一个毂径、螺栓节径和叶根法兰厚度的最佳组合。 (5)三种材料的疲劳强度由高到低的次序为SUS44B、AMB102F、ABB-2。 (6)借助于工作载荷——预紧力图及螺栓耐久极限图,可找到最佳预紧力值。     

深水立管法兰接头的有限元分析

针对深水立管法兰式接头,提出一种确定螺栓预紧力的方法,并采用有限元法对其进行了强度分析。考虑到接头的几何不对称性,采用三维整体建模,通过ANSYS软件的预紧单元模拟螺栓的预紧行为,使用接触单元模拟各部件之间的相互作用。按照API规范对接头的等效膜应力、等效弯曲应力与许用应力进行校核。在接头整体分析的基础上,建立螺纹的二维轴对称模型,进行局部应力分析。计算中使用参数建模法,法兰接头、螺纹的几何尺寸、材料性质和载荷等均可方便地更改。     

船用主轴法兰连接的有限元分析

针对某实船主轴的铰制螺栓法兰连接,采用有限元软件MSC.Marc对连接件进行三维实体有限元模拟分析,研究船用主轴在工作载荷下的工作工况。通过计算得到铰制紧配螺栓法兰连接在螺栓预紧力、螺栓过盈和主轴扭矩推力的影响下各部件的应力和变形情况。计算结果显示:法兰连接中最大应力出现在螺栓中;法兰上的应力水平并不高,且法兰盘上铰制孔到法兰盘边的应力较小。     

200米级齿爬式升船机安装过程中承船厢结构及驱动系统变形仿真

齿爬式升船机承船厢驱动系统需要在承船厢加载条件下进行精确定位、安装,并在空厢工况下承船厢结构变形量满足施工规范要求。考虑主纵梁、安全横梁、驱动横梁、卧倒门、小齿轮托架机构、同步轴系统等,建立200米级齿爬式升船机承船厢及驱动系统的有限元模型,分析安装过程中承船厢底部支承、承船厢悬吊(4. 7 m水深)以及承船厢悬吊(空厢) 3种工况下的承船厢结构与驱动系统安装位置的变形,并提出优化建议。结果表明:安装过程中承船厢主体结构的挠度变化值均在允许范围内,内外侧主减速器底座存在高度差,同步轴Ⅲ两端变形差异较大,同步轴Ⅳ末端靠近承船厢中心的部分变形较大。建议将内侧主减速器底座抬高5. 16 mm,同步轴Ⅲ靠近承船厢中心的锥齿轮箱安装底座抬高10. 49 mm,离同步轴Ⅳ末端最近的固定自调心轴承底座和锥齿轮箱底座抬高24. 32 mm。     

船舶轴系温升与轴向间隙调整

对于采用间接传动方式的船舶轴系,在柴油机曲轴止推轴承与螺旋桨推力轴承之间增加了齿轮箱和高弹性联轴器,会遇到轴向间隙分配问题,如果安装不恰当,将导致曲轴止推轴承烧熔。在安装过程中,应充分考虑因轴系运行温度升高的轴向热膨胀引起的轴向间隙变化。引起轴向间隙变化的因素有:一是柴油机和齿轮箱因运行使相应的轴存在轴向伸长;二是因轴系扭转振动使联轴器橡胶弹性元件摩擦生热的轴向伸长,二者可通过计算得到。根据计算数据来确定冷态曲轴止推轴承间隙,可保证轴系轴向轴承安全运行。     

基于有限元方法的调距桨桨毂机构强度分析

对受推力、扭力、离心力和螺栓受预紧力联合作用下的某型舰船调距桨完整机构各部件的静强度进行有限元仿真分析;基于ANSYS 12.0软件,考虑完整部件的三维模型以及装配接触关系,对桨毂机构各部件进行有限元建模。有限元分析结果与理论计算和试验结果的对比验证表明,在完整模型和复杂工况下,基于应力应变准则,重点针对如叶根螺栓、曲柄盘和桨毂体等主要受力部件进行分析,更符合实际工程需要。     

船用汽轮发电机组振动偏大问题的处理

船用汽轮发电机组在试验中出现基频下轴向和垂向振动偏大,减速器轴承振速高达5 mm/s以上.为了解决此振动问题,进行了汽轮机和减速器单独试验,结果二者单独运转时振动皆良好.检查二者之间联结的齿式联轴器,发现齿套与挡环存在碰擦,造成汽轮机和减速器联结运转时产生附加力.经过齿套相关尺寸扩大,机组振动大幅度下降,问题得以解决.通过该振动问题的处理表明,汽轮机和减速器之间的联结挠性差,造成机组振动偏大,尤其是基频下轴向和垂向振动偏大.     

调距桨桨毂机构静强度的有限元仿真分析

文章对受推力、扭力、扭矩、离心力和螺栓预紧力联合作用下的某型舰船调距桨桨毂机构静强度进行有限元仿真分析。基于ANSYS 12.0软件平台,考虑桨毂部件几何结构及零件间装配接触关系,对桨毂机构整体及零件进行全六面体和六面体与四面体混合有限元建模,研究了桨毂中各零件在正常工况相互作用下的应力大小及分布。重点针对叶根螺栓的实际结构,采用六面体网格分析螺栓有无螺纹区别,证明螺纹的几何特征在强度校核中不能忽略。     

舰用齿轮箱及推力轴承抗冲击三维数值模拟

采用动态设计分析方法对舰用齿轮箱和推力轴承进行抗冲击性能分析,同时创新性地引入质量控制领域中的[3σ]准则思想,基于齿轮箱和推力轴承冲击作用响应确定齿轮箱和推力轴承的抗冲击危险区域,针对大齿轮传动轴轴承、轴承座、大齿轮传动轴辐板部位、下箱体箱壁交叉处等抗冲击的薄弱环节和危险区域进行结构优化设计,并与原结构进行对比分析。结果显示,适当增加危险区域的板厚,在设备质量仅微量增加的前提下可显著提高舰用齿轮箱的抗冲击能力,所采用的评估体系和流程适用于舰船所有设备的抗冲击性能预测与评估。     

滑动轴承—行星齿轮耦合系统非线性动力学特性研究

文章在综合考虑了滑动轴承非线性油膜力以及行星轮系齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了滑动轴承-行星齿轮耦合系统的非线性动力学模型。通过数值仿真的手段初步研究了滑动轴承—行星齿轮耦合系统的非线性动力学特性,结果发现,滑动轴承非线性油膜力可以对行星齿轮系中各活动构件的啮频振动起到镇定作用,也可以导致系统各齿轮副动态啮合力的波动失去周期规律;输入轴转速的变化能够导致轴承力的振动形态在周期运动与混沌之间分岔;轴承间隙对行星齿轮传动系统各齿轮副啮合状态的影响规律是一个非常复杂的非线性映射,间隙值选择不当可能引起行星轮系齿轮副的单边冲击现象。     

非接触爆炸下纵向箱型梁舰船的极限承载能力研究

以德国F124护卫舰纵向箱型梁甲板结构型式的舱段为研究对象,采用流固耦合方法计算其在空爆作用下的甲板变形。采用阻尼因子法,对各冲击因子下箱型梁和普通甲板结构型式舱段塑性变形后的极限承载能力进行比较分析。研究结果表明:在遭受非接触爆炸冲击后,箱型梁甲板结构型式与普通甲板结构型式相比,具有变形小、变形后舰体极限承载能力下降低等优势,因而能够显著提高舰船生命力。     

计入船体变形及齿间摩擦的齿面接触疲劳强度

船舶在波浪中航行时,船体总弯曲变形会使沿船体纵向布置的齿轮机构的轴承支座中心距产生缩减.在一定条件下,这种中心距缩减会导致互相啮合的两齿轮间产生附加径向压力.本文导出了计入这种附加径向压力、齿间摩擦及轴承间隙综合影响的船用齿轮齿面接触疲劳强度优化计算公式.利用此公式计算齿面接触疲劳强度可使船用齿轮的设计更合理,更安全.