船舶舵装置结构三维有限元仿真研究

在船舶舵装置结构系统的强度分析中,以往采用解析法进行计算分析,在计算中必须引入大量的简化假设,导致其结果精度较低。现针对某船舵装置系统结构采用三维有限元进行离散,通过选取适当单元,使用内部多点约束和接触算法、建立包括舵杆、舵板、半悬挂舵臂和船体舵机舱结构的完整有限元模型;使模型与结构的相似度较传统方法有很大的提高。最后通过施加流体软件计算的水动力载荷分析舵装置系统各部分的应力和变形,从而对结构的强度作出评价。     

2339TEU集装箱船两种舵的对比分析

在集装箱船的舵系设计中,采用全悬挂舵还是半悬挂舵一直是船东和船厂的关注重点。针对2 339TEU集装箱船的舵系设计,运用CFD软件,对全悬挂舵与半悬挂舵分别进行建模计算,得出阻力和空泡方面的相关数据,并就舵系的重量及安装等方面进行对比。分析了全悬挂舵与半悬挂舵在各个方面的优劣,为今后集装箱船的舵系设计提供一定的借鉴和参考。     

挂舵臂弹性支撑的舵-舵杆系统直接计算分析

大型船舶半悬挂舵的舵—舵杆系统设计中,应考虑挂舵臂对其弹性支撑作用进行直接计算分析。介绍了采用挪威船级社(DNV)3D-BEAM软件对挂舵臂弹性支撑的舵—舵杆系统的力学模型进行受力计算和分析。     

双舵销舵系实用计算

按ABS／DNV规范，对挂舵臂支撑的双舵销舵系需用直接计算法计算各支撑点的受力。以确定相应构件的材料和尺寸。本文提供了挂舵臂支撑的双舵销舵系的实用力学计算模型及其线性方程组解，并对其作了简要介绍和分析。采用本计算模型编制程序电算所得结果已应用于实船设计并为船级社所认可。     

五弯矩方程在半悬挂舵舵杆受力计算中的应用

根据《钢质海船入级与建造规范》(简称“钢规“)规定的半悬挂舵的计算模型直接进行计算.半悬挂舵舵杆及挂舵臂组合体视为变截面梁,并将变截面梁分割成4段等截面的单跨梁,用五弯矩理论进行求解.     

五弯矩方程在半悬挂舵舵杆受力计算中的应用

根据《钢质海船入级与建造规范》（简称“钢规”）规定的半悬挂舵的计算模型直接进行计算。半悬挂舵舵杆及挂舵臂组合体视为变截面梁，并将变截面梁分割成4段等截面的单跨梁，用五弯矩理论进行求解。     

基于舵机能力验证要求的舵系优化设计

在IACS统一解释文件UI SC246 Rev.1提出根据非满载试航船舶操舵试验结果对满载航行状态船舶舵机能力进行验证的换算方法之后,相当一部分采用半悬挂舵的船舶出现了无法按该方法通过舵机能力验证的状况。为解决上述问题,本文基于常规船型半悬挂舵的3种典型布置方案,通过设计相同的舵面积和不同的几何外形,得到3个计算模型,利用计算流体力学(CFD)方法对各方案的全浸没和部分浸没状态分别进行计算分析。计算结果表明,舵叶平衡比对舵杆水动力扭矩存在直接影响,适当大的舵叶平衡比设计可以显著降低舵叶全浸没状态和部分浸没状态的舵杆水动力扭矩。基于此结论,对某型未能通过换算验证的船舶舵系进行优化设计,适当增大了舵叶平衡比。后续船试航结果表明,舵机能力验证满足UI SC246 Rev.1的要求,确认了CFD计算结论的正确性,为以降低舵杆水动力扭矩为目标的舵系优化设计提供了理论和实践依据。     

半悬挂舵空化及其对非定常力的影响研究

为深入研究空化后半悬挂舵非定常水动力性能的相关规律,采用结构化网格、DES湍流模型和VOF方法对某大型舰船的半悬挂舵空泡进行计算。探讨和分析舵空泡的周期性变化,同时简要分析半悬挂舵的间隙空化及端部空化产生的原因。基于空化和非空化2种状态对3个不同舵角下的舵空泡进行计算,总结了舵横向力、舵轴扭矩等非定常力的规律。结果表明：当空化区域较小时,空化对舵非定常力几乎没有影响,随着空化区域的增大,舵效显著降低;空化发生后,舵非定常力的脉动幅值将急剧增大,且空化区域越大,舵非定常力的脉动幅值越大。该研究结果可为评估空化状态下半悬挂舵的水动力性能及对舵进行优化设计提供技术支撑。     

对IACS《散装货船共同结构规范》中有关舵设备的几点意见

对《散装货船共同结构规范》（2006）舵设备部分有关舵面积,有舵杆筒悬挂舵的计算模型,锥形连接器的锥面预加压力及其许用压力以及半平衡舵强度校核等提出了作者的看法,望能获得IACS和船级社的关注。     

基于体积力法的半悬挂舵和全悬挂舵回转性对比

针对半悬挂舵和全悬挂舵回转性能差异问题,建立用于模拟螺旋桨推力的体积力模型,评估两种不同形式舵的回转性。对标模KCS船型回转运动进行计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）模拟,船后螺旋桨作用使用体积力模型替代。开展半悬挂舵回转性CFD模拟,并与试验结果对比验证。设计全悬挂舵并模拟其回转性,与半悬挂舵回转性进行比较。结果显示,半悬挂舵除战术直径与试验结果相差9.48%外,其他回转特性参数与试验结果相差均在3%以内,说明基于体积力法模拟回转性具有较高的可信度。全悬挂舵的回转特性参数均优于半悬挂舵,说明全悬挂舵的回转性能更佳。     

挂舵臂支撑的半悬挂平衡舵舵杆的受力分析

本文介绍了挂舵臂支撑的半悬挂平衡舵舵杆的受力计算。     

大型船舶挂舵臂设计研究

对挂舵臂的作用和结构形式进行介绍;对挂舵臂的受力情况进行分析,给出各力的分量计算公式。以某32万吨级超大型油船(VLCC)为例,对挂舵臂的弯曲、剪切、扭转和等效强度进行演算。对铸钢件挂舵臂的材料和热处理的相关要求进行阐述,并对铸钢件无损探伤方法进行分析,绘制挂舵臂无损探伤位置图。此外,对挂舵臂的结构连续性、焊接及加工圆角进行研究。研究得出:挂舵臂设计前,首先要弄清挂舵臂与舵的连接形式,建立合适的力学模型计算挂舵臂受到的弯矩、剪力和扭矩,再按规范校核强度;如果挂舵臂是由铸钢材料制成的,还须特别关注铸钢材料的质量控制和焊接的特殊要求。     

挂舵臂支撑的半悬挂平衡舵舵杆的受力计算

大型船舶上的舵除了上、下舵承外，还设置有挂舵臂，各国船级社认为悬挂在船体上的挂舵臂应视为弹性支座对舵杆进行直接计算。本文介绍了这种类型平衡舵舵杆的受力计算方法。     

进江船型半悬挂舵升力性能优化

针对进江船型操纵性要求较高而半悬挂舵升力性能较低的问题,基于CFD方法,采用翼型优化设计、制流板优化设计、随边直尾化设计3种技术措施对一型“曼谷型”集装箱船的半悬挂舵进行升力性能优化。对比升力系数和阻力系数计算结果;考察舵面流动和端部流动,分析增升原因;结合阻力因素考虑,确定实船应用的优化舵系方案。结果表明：3种技术措施均可有效提高半悬挂舵的升力性能。通过对比原船型和目标船型的操纵性试验结果,验证了实船应用的优化舵系对于改善目标船型操纵性的作用。     

全悬挂舵舵承设计

通过研究,合理设计全悬挂舵舵承,该设计可节约空间并减小舵系设备质量。从常规及嵌入式舵承受力计算分析、嵌入式舵承结构设计、嵌入式舵承润滑设计和舵承止推设计等4个方面对全悬挂舵舵承的设计方法进行探究,掌握其设计方法,并对嵌入式舵承止推进行计算校核,保证舵承设计的合理可靠。该设计方法可为采用全悬挂舵船舶的舵承提供设计参考。     

舵系直接计算法设计

为了在项目设计初期快速准确地对舵装置进行设计和确定主要构件尺寸,对几个主要船级社规范中对舵系的相关计算要求进行研究和对比,总结其共性要求,并得出结论:需要通过直接计算方案进行舵装置的设计。根据结构力学的模型分解和规范校核等方法,验证可直接用于舵装置设计和确定主要构件尺寸的直接计算方法。     

单舵销半悬挂舵载荷计算

本文针对单舵销半悬挂舵在水动力作用下的受力情况,将舵装置组合体视为变截面细长直梁,并将变截面梁分割成几段等截面单跨梁。由单跨梁的弯曲理论,建立计算模式方程。通过舵设计数据计算,得出舵体上的剪力、弯矩、断面转角及挠度。     

矩阵法舵系计算程序开发

按照中国船级社规范规定的舵计算模型,介绍矩阵法在舵系计算当中的编程实现,理论分析和有限元计算表明该编程方法可以适应不同的结构形式和支撑条件,计算结果可靠。     

舵桨装置基座及加强结构的强度研究

舵桨装置基座及加强结构为舵桨合一悬挂装置的支撑结构，其受力状态和结构形式复杂。该文通过分析舵桨装置的工作运行特点，提出了该基座及加强结构在不同海况、各种工作状态下的载荷计算方法，通过结构有限元分析，对这部分结构进行了综合优化，从优化结果可见其应力分布较为合理。     

舵套筒形式的全悬挂扭曲舵设计

从舵系计算及舵叶、呆舵、舵杆、舵套筒和舵承的设计等方面出发,对舵套筒形式的全悬挂扭曲舵进行优化设计。利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)软件计算分析,确保整个舵系设计达到预期效果。