基于ANSYS的长轴系回旋自由振动仿真计算分析

文章以8 530 TEU集装箱船推进轴系为研究对象,应用ANSYS软件建立轴系回旋自由振动有限元模型,进行模态分析,完成轴系回旋振动固有频率、应力和共振轴频的仿真计算,并与COMPASS软件等的计算结果进行了对比。结果表明,有限元计算结果与相关部门的计算结果吻合较好,最大偏差为2. 0%,验证了有限元模型和回旋自由振动计算的正确性;在正常转速范围内,该船轴系会遇到叶片次1阶回旋共振(转速59. 7 r/min),应注意回避。     

不同桨叶数螺旋桨对弱阻尼轴系横向振动影响的实验研究

在船舶轴系实验台上，以分别采用３叶桨，４叶亲情况下轴系横向振动进行了实验研究，结果表明：螺旋桨叶数的不同对弱阻尼轴系横振的共振转速及横振响应的频谱特性影响不大；稳定运转中，弱阻尼轴系横振的基本特点是以轴频为基频的周期性振动，并且还有较强的一阶横振固有频率分量。     

基于有限元法的气垫船轴系回旋振动特性计算

以气垫船垫升轴系为研究对象,建立计算模型,利用有限元计算软件分析陀螺效应对气垫船垫升轴系回旋振动的影响。采用计算多个轴承支撑刚度的方法,在不考虑船体刚度及考虑船体刚度2种情况下,计算垫升轴系的一次共振转速范围及叶片次共振转速范围,并对照工作转速,给出其回旋振动安全的结论。同时通过文献实验数据与数值计算的对比验证了计算模型的正确性,为气垫船垫升轴系的安全运行提供参考。     

对两个决定推进轴系横向振动临界转速计算方法的探讨

我们在用施孟斯基决定推进轴系横向振动自振频率的方法与用三个艉轴轴承间的轴段计算推进轴系临界转速的方法——简称艉轴临界转速计算法[1]——计算轴系的临界转速时,发现用施孟斯基的公式可以算出两个以上的自振频率,有些轴系用该法计算时误差较大。还发现艉     

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。     

陀螺效应对船舶推进轴系回旋振动的影响

本文将陀螺效应应用到船舶推进轴系的回旋振动计算中,在轴系回旋振动几何模型的基础上建立有、无陀螺效应的计算模型,并给出轴系回旋振动时的临界转速。文章选取5艘已设计完成的船舶推进轴系为实例,采用两种计算模型分析各自的回旋振动临界转速。结果表明,陀螺效应提高了船舶推进轴系回旋振动的临界转速,为设计过程中精确确定轴系的转速禁区给出了依据。     

某电力推进轴系横向振动影响因素分析

通过数值分析的方法研究动态因素对某电力推进轴系横向振动的影响,介绍运用传递矩阵法对船舶轴系进行横向振动分析的基本原理,结合某电力推进轴系实际情况,建立轴系计算模型,用Matlab编写了基于传递矩阵法的计算程序,对影响轴系横向振动的轴承刚度、艉轴后轴承支撑位置以及陀螺力矩三个因素进行计算分析,得到这些因素在不同条件下对轴系临界转速的影响。     

某船Z型全回转舵桨高速轴系振动分析

针对Z型全回转舵桨高速轴系振动大和轴承高温的问题,分析高速轴系临界转速,轴承基座刚度对轴系临界转速的影响,轴承最大轴向和径向载荷分析,确认问题的主要原因是高速轴系临界转速接近工作转速、轴承基座刚度不足,以及轴承最小径向载荷不满足要求,对高速轴系进行改进设计,试验与应用表明,改进后的高速轴系解决了振动和轴承高温问题,系统稳定可靠。     

船舶艉轴承刚度和螺旋桨陀螺效应对轴系回旋振动特性影响的分析

当船舶轴系运行工况恶劣时,由于轴系后尾轴承与轴颈之间润滑不佳,使得轴承刚度发生较大变化,处于各向异性状态,这会影响轴系回旋振动特性。文章针对某大型集装箱船,在计入螺旋桨陀螺效应的基础上,借助于有限元ANSYS软件,研究了后艉轴承水平刚度单独变化对回旋振动固有频率、临界转速和振动响应的影响。其主要结果表明,后艉轴承水平方向刚度单独降低时,该方向上的横向振动固有频率降低,逆回旋振动固有频率在此基础上进一步降低;其轴频、叶频和倍叶频的正逆回旋临界转速和回旋振动响应均与各向同性时不同。     

大型船舶轴系回旋振动特性的模拟计算及实测

船舶的大型化发展使得船体(特别是船尾)的刚度有所下降;同时,为提高推进效率而采用大规格多叶片的大型螺旋桨,导致轴系的弯曲力矩增大,推进轴系回旋振动固有频率降低并与螺旋桨在水中的激振频率接近,有引发回旋共振的可能,而船级社规范没有对这类船舶的推进轴系回旋振动的计算测量作出要求。利用传递矩阵法对某大型集装箱船轴系回旋振动进行建模分析,并与实船测量结果相对比。通过对比分析发现,在主机正常转速范围内存在二次回旋共振点,因此对于一些长轴系大型船舶及特殊推进轴系船舶而言,应在主机常用转速范围内进行轴系回旋振动的测量分析,确保轴系安全、有效运转。     

万向铰传动偏斜轴系横向振动的主共振分析

研究万向铰传动偏斜轴系横向振动的主共振问题。考虑万向铰结构偏斜,将从动轴当作刚性细长轴,将从动轴端部支撑轴承简化为2对弹簧阻尼器,建立万向铰传动偏斜轴系的横向振动微分方程。应用希尔无限行列式方法对横向振动微分方程进行稳定性分析,得到系统主共振的稳定图,并分析系统参数对主共振稳定性边界的影响。结果表明,增大支撑轴承弹簧刚度系数与阻尼系数、增大从动轴转动惯量或者增大轴长,均可使主共振的不稳定区变大,系统在固有频率附近易产生主共振。研究工作对进一步确定万向铰传动的偏斜轴系的动力学行为,抑制轴系振动具有重要的参考价值。     

船体振动与螺旋桨鸣音的防止方法

一、振动船舶航行中,当主机转速达到某值时就会产生剧烈的振动,这是由于主机、螺旋桨所产生的振动和船体固有振动形成共振所致。这类振动严重时,可诱发轴系和曲柄等故障。     

轴系偏斜因素对于横向振动特性的影响研究

研究由偏角不对中因素引起的舰船推进轴系匀速运动过程横向振动响应问题。考虑以轴系偏角不对中和转轴偏心因素为基础,建立偏角不对中推进轴系的横向振动动力学模型,并利用数值算法求解方程,分析轴系振动响应形式以及不对中偏角量、转轴质量比和主动轴无量纲转速对匀速运动过程偏角不对中轴系横向振动特性的影响。结果表明:偏角不对中的存在使轴系产生复杂的动力学行为。研究工作为从角度降低轴系振动角度改善舰船的声学品质提供理论依据。     

船用二冲程柴油机推进轴系单缸熄火扭振计算

通过对船用低速二冲程6缸柴油机和7缸柴油机推进轴系单缸熄火工况下相对振幅矢量和的计算,分析了相对振幅矢量和的分布对振动响应计算结果的影响。单缸熄火时,非主谐次激励的相对振幅矢量和增大,但仅低谐次激励对振动响应有影响,其影响大小取决于该谐次临界转速与主机最大持续转速的分布关系。对6缸柴油机而言,三次激励影响大,7缸柴油机则为四次激励。同时,对于6缸柴油机的三次激励和7缸柴油机的四次激励,一般接近曲轴输出端的3个气缸熄火时,相对振幅矢量和大于接近自由端的3个气缸。并对单缸熄火时的轴系振动角位移也进行了计算。     

船舶轴系弹性支撑振动过大原因及对策

为解决某船舶轴系弹性支撑振动过大的问题,消除剧烈振动对推进系统性能发挥及船舶动力系统航行安全性的影响,分析该船柴油机功率输出传动件的结构特点,研究轴系弹性支撑振动产生的原因及机理。利用丹麦BK公司3050数据采集前端、4513 BX压电式加速度传感器及4514 BX压电式加速度传感器采集弹性支撑振动进行跟踪测试,通过PULSE数据分析平台对振动信号进行频谱、阶次和总级值等方面的分析,结合频谱分析、试验及对比分析得出该设备振动过大主要是由轴系不对中、转子不平衡和机械共振等3种因素导致的;对导致各类振动的故障源进行分析,并提出具体对策。     

变刚度支撑对船舶轴系横向振动影响分析

为研究轴承水平和垂直变刚度对船舶轴系横向振动的影响,在ANSYS中建立船舶推力轴系有限元模型,通过模态分析和谐响应分析,研究了艉轴承2个共轭方向变刚度时,轴系的横向固有振动频率以及横向受迫振动情况。研究结果表明:随着轴承某一方向的刚度降低时,该方向上横向振动的固有频率也降低,尤其是低阶频率,对应的谐响应振幅也随之降低,这对轴系低阶横向振动影响较为突出。该结果对通过改变轴系支撑刚度来抑制轴系振动提供了理论支持。     

减摇陀螺飞轮动力学特性分析

以某型减摇陀螺装置飞轮为研究对象,采用ANSYS Workbench建立有限元模型,对飞轮进行模态分析,计算飞轮自身的临界转速并绘制坎贝尔图;结合飞轮本身的不平衡量,通过谐响应分析方法得到飞轮的稳态不平衡响应曲线。结果显示：飞轮的1阶临界转速为8 732.5 r/min,工作转速低于1阶临界转速的70%,不会产生共振;在不平衡量的作用下,飞轮在202 Hz、218 Hz下会产生明显的共振现象,该频率远高于飞轮的工作转速,因此在飞轮正常工作时不会受到飞轮不平衡量引起的共振。证明该型减摇陀螺装置飞轮设计的合理性,同时对后续同类型飞轮的设计提供仿真参考。     

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。     

船用主柴油机共振故障诊断

某型船用主柴油机在运行过程发现其转速在800 r/min附近时振动较大。针对这一现象,采用振动数采器对其不同转速下的振动进行测量,对测量数据进行处理分析,结果显示振动响应的主要频率是该船主柴油机的发火频率,振动激励源是活塞连杆结构的侧推力。通过对柴油机进行敲击试验,得到横向某阶固有频率为52.8 Hz,与该柴油机在800 r/min时的整机发火频率53 Hz基本相同,进一步验证了振动分析结论。     

基于传递矩阵法的渔船推进轴系回旋振动计算及程序开发

为编制渔船推进轴系回旋振动优化计算程序,首先研究渔船推进轴系回旋固有振动的程序编制。针对船舶推进轴系的集总参数-分布参数混合模型,利用传递矩阵法建立船舶推进轴系回旋振动的计算模型及计算矩阵方程,用MATLAB编制矩阵方程求解的计算程序,将此程序应用于36.3m拖网渔船轴系回旋振动计算,计算时考虑螺旋桨附连水效应,计算一次正逆回旋振动、叶片次回旋振动及倍叶片次回旋振动固有频率,计算结果与COMPASS计算结果进行对比,验证了MATLAB程序的正确性。应用此计算程序对回旋振动中主要参数的选择进行深入讨论和分析,确定关键参数的正确选择准则。研究结果可作为推进轴系振动计算程序开发研究的基础,为日后更复杂的程序开发奠定基础。