基于有限元法的推进轴系回旋振动计算研究

对于舰船轴系或大型船舶,由于其转速高、轴系超长等特点,进行轴系回旋振动计算时,采用传统的传递矩阵法求解,往往容易出现数值不稳定和漏根现象,严重影响轴系固有特性计算的准确性,与轴系的实际运转情况不符。采用基于有限元法的计算模型,能较真实地反映物理模型且计算精度高。分析考虑多种因素对回旋振动的影响,利用可视化编程软件VB与ANSYS参数化设计语言混合编程,实现回旋振动软件开发并通过实例验证了算法及软件的正确性。软件界面友好、使用方便、计算效率高,能满足舰船轴系回旋振动计算的需要。     

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。     

艉轴承等效支点位置对轴系回旋振动的影响

在轴系回旋振动研究中,将艉轴承支承分为单点支承、多点支承、分布支承及接触支承四种方式,应用有限元方法,针对不同支承分别建立相应的轴系回旋振动模型,求得艉轴承不同支承方式的支反力以及等效支点位置,并进行相应的回旋振动模态分析.计算结果表明,不同支承方式的等效支点位置对轴系回旋振动固有频率有一定影响.     

推进轴系回旋振动对船体尾部振动影响分析

船舶在航行过程中,螺旋桨在不均匀的伴流场中工作产生周期性的弯曲力矩作用在螺旋桨轴上,使推进轴系在螺旋桨或转轴上旋转的横向力矩作用下,旋转轴绕其静平衡曲线产生振动,从而出现回旋振动现象,而严重的轴系回旋振动引起轴承反力的动力放大而引起船体尾部结构的振动.本文对一艘尾部结构振动严重的船舶进行了推进轴系回旋振动计算分析及实船振动测量验证,分析了推进轴系回旋振动对船体尾部结构振动影响,通过更换尾管前轴承、调整中间轴承的位置,解决了轴系回旋振动引起的船体尾部结构严重振动问题,为解决类似船体尾部振动问题分析提供参考.     

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。     

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。     

推进轴系回旋振动对船体尾部振动影响分析

船舶在航行过程中,螺旋桨在不均匀的伴流场中工作产生周期性的弯曲力矩作用在螺旋桨轴上,使推进轴系在螺旋桨或转轴上旋转的横向力矩作用下,旋转轴绕其静平衡曲线产生振动,从而出现回旋振动现象,而严重的轴系回旋振动引起轴承反力的动力放大而引起船体尾部结构的振动。本文对一艘尾部结构振动严重的船舶进行了推进轴系回旋振动计算分析及实船振动测量验证,分析了推进轴系回旋振动对船体尾部结构振动影响,通过更换尾管前轴承、调整中间轴承的位置,解决了轴系回旋振动引起的船体尾部结构严重振动问题,为解决类似船体尾部振动问题分析提供参考。     

油膜力耦合下质量偏心对船舶轴系振动的影响

船舶轴系运转的稳定性是船舶动力推进的重要性能,然而由于工作载荷变化的影响,航行中轴系的回转运动是不稳定的,常常伴随着回旋振动和扭转振动,导致轴系出现故障.同时由于船体变形、轴系校中状态和传动轴加工误差等等原因,船舶轴系存在质量偏心,在船舶轴承油膜力的耦合作用下,质量偏心是激起推进轴系振动的重要因素之一.文中研究了船舶轴承油膜力耦合作用下质量偏心对轴系回旋振动以及振动稳定性的影响关系,揭示了质量偏心对轴系振动的危害性.     

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。     

水面船舶推进轴系回旋振动研究综述

回旋振动是水面船舶推进轴系三大振动问题之一。论文从船舶推进轴系回旋振动的定义、危害、相关规范标准、计算方法、激振力、传递和响应、耦合振动、测试技术、试验台架及控制技术等方面,对已发表的国内外重要研究成果进行全面和系统的综述,为今后的研究提供建议和参考。     

舰船水润滑尾轴承降噪关键技术分析

水润滑形式的尾轴承广泛运用于舰船推进轴系,其摩擦、润滑与振动等特性对舰船声隐身性能有较大影响,国外海军强国对这一问题进行了系统深入的研究,研制了先进的水润滑尾轴承产品,很好地解决了舰船轴系的摩擦诱导振动噪声问题。本文综述国外舰船水润滑尾轴承发展历程与现状,对水润滑尾轴承发展过程中产生的关键性降噪技术进行系统分析,对国内舰船水润滑尾轴承的发展方向提出建议。     

轴系纵振对双层圆柱壳体水下声辐射的影响研究

采用有限元/边界元方法(FEM/BEM)对推进轴系纵振引起的双层圆柱壳水下辐射噪声特性进行研究.使用ANSYS有限元软件建立了流固耦合的有限元模型,计算了流-固耦合状态下结构振动位移响应.利用边界元技术对结构水下辐射噪声特性进行研究,并对推力轴承的布置位置和结构进行了改变,从而改变了激振力的大小及传递途径,对轴系纵振引起的结构水下辐射噪声起到了一定的改善.     

轴承刚度及间距对水下结构声振特性影响研究

为掌握轴承刚度及间距对水下结构振动声辐射的影响,本文建立了桨-轴-壳体简化模型,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,分析了不同轴承刚度及间距下壳体结构的声源级曲线。结果表明：轴承刚度越大,水下结构的辐射总声级越大;螺旋桨横向力激励下艉后轴承刚度对水下结构声辐射影响最大,艉前轴承次之,推力轴承影响最小;轴承间距变化对水下结构的声辐射影响不大,但容易改变推进轴系的振动状态。     

尾后轴承刚度对潜艇结构声辐射特性的影响

研究潜艇结构振动、声辐射特性随尾后轴承刚度改变的变化规律,对潜艇减振降噪具有十分重要的意义。从振源振动传递路径的声学设计的角度出发,以改变靠近螺旋桨的尾后轴承的刚度为具体措施,采用结构有限元法、结构有限元耦合流体边界元方法,以辐射声功率、湿表面均方法向速度作为衡量结构噪声辐射能力的主要衡量指标,系统地研究潜艇结构振动、辐射噪声谱峰频率和峰值的变化规律。从计算结果可以看出:在低频段,随着尾后轴承刚度的增大,谱峰频率明显向高频移动,第一峰值呈先减小后增大趋势,第二峰值呈明显增大趋势;尾后轴承刚度越小,除第一个谱峰频率附近的窄频带外,在整个计算频段范围内,振动和辐射噪声明显减小。因此,改变尾后轴承刚度,可以使谱峰频率向高频或低频移动,这样就能够使设备激振力的谱峰频率与结构振动及辐射噪声的谱峰频率错开,实现对辐射噪声的控制;降低尾后轴承刚度,在一定频段范围内,能够明显降低潜艇振动和辐射噪声。     

船舶轴系扭振计算和测试实例分析

船级社规范对轴系扭振提出了计算和实测的要求。本文对若干轴系固有频率的实测值与计算值不一致的船舶进行了分析，并给出了对影响其相应计算精度的减振器、曲轴、联轴节刚度等扭振参数进行了修正的实例；通过实测，对无阻尼自由振动计算的振型精度亦进行了分析，按振型推算系统响应超规范要求的船舶，可根据实测振幅来调整阻尼参数并用解析计算法来评价轴系扭振特性。结果表明，精确测定出系统的固有频率和振幅，从而核定轴系的扭振参数，是提高扭振计算精度的关键所在。     

艉管后轴承倾斜度对轴承负荷的影响研究

研究艉管后轴承不同倾斜度下轴承负荷的变化规律，应用有限元法和基于Fortran语言的传递矩阵法进行仿真模拟，完成不同倾斜度在整个轴系下的合理校中计算，结果表明：艉管后轴承的倾斜程度对艉后轴段负荷的影响效果显著，其首端边缘负荷的变化量要远大于末端；合理的倾斜调整可使轴系的负荷分配和弯矩状态更为均匀；随着各轴承轴向位置的增加，倾斜对负荷的影响趋于平缓。     

控制船舶轴系纵向振动的动力吸振器参数优化研究(英文)

在船舶轴系中安装动力吸振器是减小船舶轴系纵向振动的有效方法,而动力吸振器的参数合理优化配置是控制轴系纵向振动的重要手段。将船舶轴系等效为多自由度系统,基于有限单元法建立船舶轴系纵向振动运动模型,并通过加装动力吸振器用于控制船舶轴系纵向振动。运用重分析方法求解轴系运动方程得到推力轴承处的力传递率和能量传递率,将二者作为评价动力吸振器对轴系振动控制效果的指标。在研究轴系响应频率范围内,提出将求解全局最优解较强的遗传算法与多目标优化算法相结合以优化动力吸振器参数;并且研究特定共振峰消减的参数优化问题。最后通过算例,比较不同目标函数以及动力吸振器不同安装位置对轴系纵向振动控制的影响,验证文中优化算法的可行性。     

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。     

船舶避振穴隔振特性研究

避振穴是一种减小船舶尾部振动的重要装置,本文采用基于橡胶材料超弹性和空气压缩性的非线性有限元方法对其进行数值模拟和隔振特性分析。选取Mooney-Rivlin模型对橡胶材料非线性特性进行模拟,建立气体单元模拟加压空气,对一个独立密闭气室结构进行充气过程模拟和振动响应计算,分析气室深度、初始气压和橡胶板厚度等参数对其隔振特性的影响。将避振穴应用于实船尾部模型,验证其对螺旋桨激振力的隔振效果。计算结果表明,避振穴对于船舶尾部减振具有显著效果,但需要留意其在低频共振区引起的响应增大情况。     

不等间距分舱结构声辐射特性研究

研究舱段结构振动、声辐射特性随分舱形式改变的变化规律,对潜艇结构声学优化设计具有十分重要的意义。从结构声学设计的角度出发,在保持相邻两个舱段总长度不变的情况下,调整两个舱段的长度,采用结构有限元法、结构有限元耦合流体边界元方法,以辐射声功率、湿表面均方法向速度和辐射效率作为衡量结构噪声辐射能力的主要衡量指标,系统地研究整个结构振动和声辐射特性。在流体部分的计算中,采用网格重叠算法,以提高计算效率。通过调整分舱形式,在一定频段,改变了整个舱段结构振动声学传递函数的谱峰频率,降低了谱峰幅值,因此,可以通过改变分舱形式以改变舱段结构声学特性,使设备激振力的谱峰频率与结构振动声学传递函数的谱峰频率错开,实现对辐射噪声的控制。