冰载荷冲击下的船舶推进轴系瞬态扭转振动响应分析

传统的推进轴系扭转振动响应计算聚焦于稳态响应,而传递矩阵法、系统矩阵法,可以取得满意的稳态计算结果,但无法处理冰区船舶、海洋工程船舶所遇到的变载荷、变惯量等瞬态工况。为了克服频域扭振计算方法在处理瞬态条件扭振问题的局限性,使用 Newmark 法从时域求解轴系扭转振动微分方程组,基于该算法对某船推进轴系在冰载荷作用下的瞬态响应做了数值计算。其结果表明,在冰载荷冲击下,轴系瞬态扭矩比稳态扭矩大;通过时频分析,在冰载荷作用期间,出现了明显的螺旋桨叶频激励,因此须避免冰载荷激励产生轴系扭转振动的叶次共振。 Newmark 法扭振计算结果与实船测试结果对比表明,该方法在稳态响应计算和时域曲线上都与实际测量结果基本一致,具有工程实用性。     

柴油机气缸熄火对轴系扭转振动的影响

应用经验公式与ANSYS有限元方法,以某集装箱船轴系为研究对象,建立了轴系扭转振动模型,计算柴油机在单缸熄火和两缸熄火时轴系轴系扭转振动的响应,研究气缸熄火对轴系扭转振动的影响规律。结果表明：柴油机正常工作时的扭振响应最小;单缸熄火时轴系扭振响应明显增大;两缸熄火对轴系扭振的影响与发火顺序有着明显的联系。     

MTU柴油机推进轴系的联轴器匹配研究及扭振特性预报

[目的]为明确中、高速柴油机与多弹性联轴器匹配的扭振计算方法及推进轴系扭振特性,[方法]以某船MTU柴油机推进轴系为研究对象,分析与之匹配的多弹性联轴器选型方法,建立MTU柴油机推进轴系的扭振计算模型,分析MTU柴油机的激励特性和推进轴系扭振特性,开展MTU柴油机与多弹性联轴器匹配系列轴系的扭振特性预报,并提出基于实测振幅和解析法的阻尼修正推算方法,用以修正轴系扭振特性的预报结果。[结果]研究结果表明:实测共振频率与计算频率吻合;经修正,共振转速处的曲轴应力降低了16%,弹性联轴器的振动扭矩降低了15%,验证了扭振计算方法的正确性。[结论]所得结论可为后续同型舰船的轴系扭振分析提供工程参考。     

船舶轴系扭转振动消减方法研究

船舶轴系是船舶推进系统的主要组成部分,轴系产生的扭转振动是引发船舶推进系统事故的重要因素之一。在分析了船舶轴系扭转振动产生的原因、计算方法以及减振措施之后,并以某型船舶为例,利用轴系扭振计算软件,研究了优化该船轴系扭振的措施。     

船舶扭振计算软件开发及关键技术研究

船舶动力系统的推进轴系是指柴油主机输出端轴承到船舶螺旋桨之间的部分,对船舶动力性能起着关键性的作用。船舶推进轴系的结构复杂,轴系的扭转和振动对各轴承和部件有不利的影响,因此,研究和降低推进轴系的扭振计算有十分重要的意义。本文建立船舶推进轴系的扭振数学模型,在此基础上系统研究推进轴系扭振运动和响应计算,并在软件Matlab平台上完成船舶扭振计算软件的设计和开发。     

气缸燃烧对船舶推进轴系扭振的影响

针对柴油机燃烧工况变化引起的轴系扭振问题,以某集装箱船作为研究对象,运用有限元方法对该船舶推进轴系进行固有频率的计算分析,确定可以代表轴系扭转振动的参考点,并将柴油机正常燃烧和单缸熄火的工况对轴系扭振的影响进行仿真分析。结果表明:在低频率阶次的振动情况下,曲轴的振幅比中间轴和尾轴的大,并且曲轴扭转角的最大位置基本上发生在输出端,尾轴中最大的扭转角和扭矩发生在螺旋桨处;柴油机在正常燃烧情况下的推进轴系的扭转振幅小;在单缸熄火的情况下,熄火气缸越接近曲轴的输出端,轴系螺旋桨处的最大扭转角度越小,但减小的幅度不大。     

冰载荷下柴油机推进轴系扭振的数值方法研究

本文研究出一种可用于计算冰载荷下柴油机推进轴系扭振的数值方法。先介绍了轴系扭振Newmark时域计算方法理论,针对一个多用途船的柴油机推进轴系,应用该计算方法,对柴油机稳定运行工况下的瞬态扭振进行仿真计算,将时域与频域计算结果进行对比,验证了该数值方法的可应用性;同时,在考虑柴油机调速器的情况下,利用刚性轴模型推导出相关激励载荷,并结合上述时域方法计算了额定转速时冰载荷下轴系的扭振响应,得到了轴系的最大响应幅值,并与无冰载荷冲击下的结果进行对比分析。     

某船舶推进轴系扭振计算分析

提高轴系扭振计算精度,必须有精确的原始参数,以准确掌握船舶轴系扭振情况。在有限元分析软件中,建立曲柄半拐等的三维模型,用有限元分析方法精确的确定了各质量、轴段的转动惯量、扭转刚度等精确原始参数。基于建立的实船轴系当量系统,计算出了各结自由振动的频率及对应的共振转速,自由端和飞轮输出端的振幅,分析了轴段应力和扭矩随曲轴转角及转速的变化关系。结果表明在整个转速范围内,扭转振幅小于限定值,轴段的最大扭矩和应力均小于材料许用值,本船舶轴系扭转振动状况是良好的。     

船用柴油发电机组轴系扭振分析若干问题

柴油机发电机组轴系与螺旋桨推进轴系的扭振特性是不同的,在进行柴油机发电机组的扭振计算时,不仅要校核柴油机曲轴扭振应力和发电机转子轴的扭振应力在规范允许范围内,而且发电机转子处的振动惯性扭矩以及合成扭转振幅(电角)也应在规范允许范围之内。     

复杂分支轴系扭振计算的动态矩阵法

讨论了目前国内外在船舶推进轴系扭转振动计算中所应用的诸多方法，比较了它们的优缺点。在此基础上，提出应用改进的动态矩阵法进行船舶推进轴系的扭振计算，并论述了该方法的理论基础，使其能更加简单、方便地解决船舶复杂分支推进轴系的扭转振动计算。最后还列举了实际算例的扭振计算，证明此方法在解决船舶推进轴系扭振计算方面是一种有效、方便的方法。     

船艇轴系扭振状态测试与分析

由于船艇轴系扭振产生的原因复杂性,开展轴系扭振的测量技术研究显得非常重要.本文主要综合分析了齿轮加工及其工艺、脉冲发生电路时钟频率、船体振动3个方面对扭振测量精度的影响,系统分析了基于频率计数法的扭振测试系统的测试原理,并进行了相应的实船测试实验.结果表明,该测试方法对于船艇轴系扭振的测试达到与理论分析一致,是一种方便有效的船艇轴系扭振的测试方法.     

船舶复杂轴系扭转振动建模及动力学分析

针对船舶复杂轴系结构,提出一种基于能量法的轴系扭转振动建模及动力学分析方法。该方法对船舶复杂轴系中的典型结构进行统一能量化描述,如联轴器、齿轮、负载等,并结合弹性轴的能量函数构建轴系结构的拉格朗日能量泛函;然后,利用最小二乘法和广义变分法,对轴系角位移展开项系数进行求解,从而建立适用于船舶复杂轴系结构的扭转动力学模型。通过与有限元方法计算结果相比较来验证该建模方法的准确性,并利用该方法分析连接刚度和负载转动惯量对整体轴系扭振特性的影响,以期为船舶复杂轴系设计提供一定参考。     

低速柴油机推进轴系频域稳态扭转振动分析

以载重10 000 t低速柴油机推进轴系为研究对象，创建其当量系统模型。基于系统矩阵法对推进轴系进行自由振动分析，求得扭转振动固有频率和振型。研究柴油机在全转速下的气体和往复惯性激励力矩，针对推进轴系在柴油机和螺旋桨共同激励下的频域稳态扭转振动响应特性进行计算，求得推进轴系扭转振动的主谐次、共振转速点和推进轴系各部件的应力值。结果表明，推进轴系在低阶频率振动时气缸和中间轴振幅较大，推进轴系应力远小于材料的屈服强度，船舶能够安全稳定航行，同时为推进轴系时域瞬态扭转振动研究打下基础。     

冰载荷电力推进轴系扭转振动研究

以船舶混合动力推进轴系的电力推进模式为研究对象,建立轴系扭转振动数学模型,重点讨论了电力推进轴系冰载荷激励力矩和推进电机的阶次振动激励力矩对轴系扭转振动的影响。采用应变法对实际船舶推进轴系进行扭转振动测试,将推进轴系的测试值与理论计算值进行比对分析,验证了文中建立的推进轴系数学模型和应变测试方法的正确性。     

冰区航行船舶电力推进轴系机电耦合的扭振分析

通过螺旋桨桨叶与冰块的相互作用过程,建立单冰块对螺旋桨扭转振动的激励函数;同时建立机电耦合振动数学模型,推导得到机电耦联动力学方程,研究电机电磁激励力对扭转振动的影响。以3500吨科考船电力推进轴系为研究对象,基于冰载荷激励力和电磁激励力对轴系扭转振动进行分析,为复杂的船舶电力推进轴系在冰区航行时的振动研究奠定了基础。     

基于复合建模方法的轴系扭转振动特性及仿真

为了提高主机轴系计算准确度,本文提出了一种新型的主机轴系建模方法,该方法将主机轴系分为连续子系统和离散子系统。推进轴段如螺旋桨轴、中间轴、螺旋桨及法兰划分为连续子系统,柴油机曲轴端划分为离散子系统。分别应用波分析法和多自由度动力特性分析,得到连续子系统和离散子系统的控制方程,同时通过边界条件将两个子系统动态刚度矩阵连接,推导出全局控制方程。对某型主机轴系扭转振动计算进行了仿真分析,并与传统建模方法比较。从计算结果可知,在高阶模态上,新型建模方法计算更精确,更接近真实振动状态,同时在保证相同计算精度的情况下,新型建模计算方法计算时间和计算资源占用较少,相对更为简便。同时,新型建模方法克服了当模态节点集中于轴段时,传统建模方法由于将轴系等效为一至两个质量单元而引起的节点偏移所带来的误差,这在实际主机轴系计算特别是长推进轴和刚度较低的轴系中具有重要意义。     

船舶推进轴系孔径比取值范围的优化研究

本研究优化船舶推进轴系孔径比的取值范围,使轴系的综合力学性能达到最理想的状态,目的是在船舶设计时,帮助船舶设计者快速确定轴系的最佳孔径尺寸。文章以某散货船的轴系为研究对象,在考虑船舶螺旋桨偏心力的情况下,建立了轴系危险截面的等效应力和抗扭强度的数学模型,运用ANSYS有限元分析软件,对不同孔径比艉轴的危险截面的等效应力和抗扭强度进行了对比分析,并且进行了校中情况对比分析研究。将理论值和实测值进行对比,发现理论值和实测结果拟合的非常好。经过对比研究发现,船舶轴系的综合力学性能比较优越的孔径比范围是0.21~0.28,在此范围内,轴系校中效果也比较好。该研究方法为船舶轴系的设计提供了分析依据。     

静水中扭波推进水动力的数值模拟

尼罗河魔鬼鱼（GNF)采用长背鳍扭波推进,具有较高的推进效率和机动性,而鱼体主体可以保持直线不变形。为适应扭波推进过程中鳍面的大摆角变形,文中采用动网格技术求解了静水中扭波推进非定常流场,鳍面最大计算摆角达到85°,并通过与水动力实验结果比较验证了数值计算方法的可靠性。文中还分析了鳍面压力分布随相位的变化及其与推力产生的关系,以及水动力随扭波频率的脉动规律。研究表明,推力系数不随扭波频率而变化,轴向、垂向力波动频率是扭波频率的2倍,而侧向力脉动频率与扭波频率一致。