舰艇电力推进轴系多学科优化设计研究

以电力推进轴系为对象,进行直线校中计算,得到各轴承负荷影响系数。基于CFD数值算法,计算考虑螺旋桨水动力的轴系校中特性,并对轴系校中特性进行优化。基于直线校中和合理校中两种状态,研究轴系不同校中状态对振动特性的影响。在此基础上,以后尾轴承垂向变位为变量,研究建立轴系校中特性及振动特性的多学科优化设计模型,为轴系设计质量的提高提供参考。     

考虑减轻轴系弯曲振动的船舶轴系双向校中优化

轴系校中不良会引发轴系受力不均及轴系振动,从而导致轴件磨损、零部件松动、轴杆断裂等问题,将考虑减轻轴系弯曲振动计入轴系校中优化进程,对提高轴系校中质量和运转性能具有重要意义。本文在常规轴系合理校中的基础上,综合运用奇异函数、传递矩阵法及雷诺方程,将各轴承处振动传递功率流作为优化目标之一计入了校中计算,并以某船舶推进轴系为例,利用Isight优化软件和Matlab组件联合编程仿真,对轴系各轴承位置进行了双向校中优化。研究结果表明,该方法能有效优化各目标函数,优化后推进轴系尾后轴承负荷降低、各轴承负荷分配更为合理,同时轴系的振动特性也有所改善,达到了更优的校中效果,验证了该方法的合理、有效性。     

渔船推进轴系校中数值计算分析

为使轴系校中计算结果更为准确,以渔船推进轴系为研究对象,采用传递矩阵法建立数学模型,通过计算轴系直线校中轴承负荷求解轴承负荷影响系数。结合轴承变位-转角函数关系,对轴系校中各轴承变位情况及轴承负荷状况进行数值计算推导和分析。结果表明,此模型的建立是合理和准确的,计算结果完全符合中国船级社的规定。     

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.     

船舶轴系动态校中轴承油膜的影响计算

轴系校中状态好坏直接影响船舶推进系统的正常运行,而影响轴系校中的动态因素很多,其中轴承油膜是一项重要的影响因素.通过数值分析方法解径向轴承雷诺方程,得到索莫菲尔德数及轴心偏位角与轴承宽径比B/D及轴心偏心率ε之间的关系.利用ANSYS及MATLAB计算软件,分析了桨浸水状态对轴系各轴承负荷的影响,得到了轴承偏心率ε及偏位角β与轴转速n的关系,轴承处轴颈垂直方向及水平方向偏心随转速变化的规律,以及油膜对各轴承负荷的影响.     

支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究

针对支撑参数改变轴系振动特性问题,建立轴系-轴承-基座系统分析模型,研究轴承支撑刚度、基座支撑刚度等支撑参数对系统振动固有特性、振动传递特性的影响规律,并提出轴系减振设计参数控制方向。分析结果表明：轴系横向振动模态频率对轴承刚度、基座刚度在某些区间较为敏感;轴系横向振动部分稳定模态频率不随支撑参数改变;螺旋桨轴承强基座刚度、弱轴承刚度,有利于降低螺旋桨横向激励力通过轴系向螺旋桨轴承的传递;舱内油润滑轴承支撑参数改变对降低螺旋桨轴承处的振动传递影响较小。     

支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究

针对支撑参数改变轴系振动特性问题,建立轴系-轴承-基座系统分析模型,研究轴承支撑刚度、基座支撑刚度等支撑参数对系统振动固有特性、振动传递特性的影响规律,并提出轴系减振设计参数控制方向。分析结果表明:轴系横向振动模态频率对轴承刚度、基座刚度在某些区间较为敏感;轴系横向振动部分稳定模态频率不随支撑参数改变;螺旋桨轴承强基座刚度、弱轴承刚度,有利于降低螺旋桨横向激励力通过轴系向螺旋桨轴承的传递;舱内油润滑轴承支撑参数改变对降低螺旋桨轴承处的振动传递影响较小。     

某船赛龙轴承异常磨损原因分析及修理方案

结合修理前轴承间隙测量、轴承负荷测试,通过模拟计算得到修理前轴系校中状态,根据模拟轴系校中计算得到轴承处转角及轴承负荷影响系数,分析赛龙轴承异常磨损原因。根据分析结果对艉轴架轴承延长500 mm,同时对艉轴管后轴承做1 mm偏心处理。轴承更换后进行负荷测试,并再次模拟轴系校中状态,验证修理方案的正确性。     

有限元法用于船舶轴系校中计算

针对某船舶动力系统试验用轴系,运用有限元法建立了轴系校中计算的力学模型,简述了轴系校中的计算方法及计算控制条件,详细介绍了轴承负荷影响系数、3种校中状态(直线校中冷态、合理校中热态、合理校中冷态)的轴线变形及轴承负荷、现场轴系校中(安装状态)的法兰开口及偏移值等计算结果,最后通过顶举法对轴承负荷进行实测检验,结果表明计算值与实测值吻合.说明采用有限元法进行轴系校中计算是非常有效的,是今后轴系校中计算的发展方向.     

基于解析法的轴-锥柱壳组合系统横向振动特性研究

船舶的推进轴系和艇体均存在多种形式的振动,研究其振动机理及相互传递特性,对于减振降噪具有重要意义。以轴-锥柱壳组合系统为简化理论模型,采用解析法对锥柱组合壳及多跨梁的横向振动建模,并通过解析解与数值解的对比验证了方法的可靠性。依据此模型,分析了激励位置、轴承刚度、壳体厚度等对系统振动特性的影响,结果表明:轴承在壳体与轴系振动传递中的作用不可忽视;轴承刚度增大,壳体和轴系位移逐渐趋于一致;壳体尺寸对激励在壳体时的响应结果影响较大。     

大型船舶推进轴系轴承位移调整优化及负荷预报方法研究

轴系校中质量的优劣密切关系到船舶运营的可靠性和安全性,轴承位移调整是轴系校中的重要环节。针对船舶轴系校中实际施工中的两类问题,论文分别对给定期望轴承负荷求解轴承位移调整量的计算方法和给定轴承位移调整量求解调整后轴承负荷值的预报方法进行了研究,采用基于二次规划的优化方法来计算轴承位移调整量,采用基于轴承负荷影响数的算法对轴承调整后的负荷进行预报。通过多条实船的测量、计算和分析,结果表明:论文介绍的船舶推进轴系轴承位移调整优化及负荷预报方法对船舶轴系校中的实际施工具有较好的指导意义。     

NK规范轴系校中计算的评定

本文介绍了NK船级社推进轴系轴承负荷状态和校中计算结果的评定方法和计算方法,尤其是该方法下衡量船体变形对于柴油机主轴承负荷的影响。     

中间轴承对船舶轴系回旋振动特性的影响

分析船舶轴系中间轴承作用特点,以某68m多用途船的轴系为研究对象,基于Riccati传递矩阵计算方法,建立轴系各元件的数学模型,针对中间轴承不同布置、不同支承刚度以及取消中间轴承的回旋振动进行计算分析,得出不同情况下系统振动特性。研究结果表明,中间轴承纵向布置影响系统的固有频率;中间轴承支承刚度对系统固有特性影响较小;通过计算来合理安排中间轴承,取消部分中间轴承的设计方法是可行的,可为船舶推进轴系设计提供理论指导。     

基于有限元功率流的螺旋桨-轴系-船体耦合振动特性研究

螺旋桨推进轴系的纵向振动是船体艉部振动噪音的重要来源。推力轴承主要承受轴向推力,其动态性能直接影响船体艉部耦合振动。针对推进轴系纵向振动与船体艉部耦合振动,应用雷诺方程计算推力块4种工况下的油膜动力特性,建立轴系-基座-船体耦合系统有限元模型,运用有限元功率流方法分析推力轴承对系统振动影响,以此为基础探讨了流经传递路径的功率流与系统水下辐射噪声之间的关联。研究表明,推力轴承的动态特性会对流入各轴承的功率流产生影响,导致系统耦合振动发生相应的变化。     

某船轴系校中状态及艉轴轴承磨损的影响分析

针对某船轴系校中状态未知和艉轴轴承磨损问题,结合该船轴系的结构和特点,根据轴系校中简化原则,利用三弯矩法建立该船的左右轴系校中模型,分析该轴系在直线校中下的状态,并计算各轴系的轴承负荷影响系数,结合轴承变位原理,模拟各轴系理论给定计算状态、原始安装对中状态及实测轴系状态。综合各状态的计算结果探讨该轴系的校中状态和艉轴轴承磨损原因。     

基于轴承变位的大型船舶挠曲轴系振动特性仿真分析

船舶大型化带来了诸多问题和挑战,外部激励引起的轴承变位对大跨度推进轴系振动的影响不容忽视。以某大型船舶推进轴系为研究对象,通过Ansys建立考虑初始挠曲的合理校中有限元模型,利用动力学模块对轴系在不同轴承变位工况下的振动响应进行仿真。结果表明：尾轴承变位引起的振动响应相比其他轴承变位引起的振动响应大,其响应大小与变位幅值、转速呈正相关且与变位方向有关,合理的轴承刚度可减小轴承变位对轴系振动响应的影响。     

舰船推进轴系校中的多目标优化计算方法

推进轴系校中的质量对于确保推进系统长期安全可靠的运转极为重要,也是保证舰船正常航行的关键因素,因此研究合理的校中计算方法以及确定最优的轴系校中方案是推进系统研究的重要内容之一。在建立舰船推进轴系校中多目标优化模型的基础上,分别定义了模型中的优化设计变量、优化目标函数以及约束条件。以某型舰船的推进轴系为研究对象,进行推进轴系校中的多目标优化计算分析,通过与Kamewa公司的计算结果进行对比,采用多目标优化后的支承变位能够获得更加均衡的轴承负荷分配结果,同时后轴架轴承的负荷也得到了一定程度的降低,达到了更加优化的校中效果,验证了方法的有效性。     

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。     

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。     

某型船推进轴系优化设计

以满足CCS关于回旋振动的要求为基础,提出了适合某型船的多种轴系布置方案,从轴承负荷和轴系强度方面进行了比较分析,得出轴系布置的初步优化方案。通过全面的校中、纵向振动和扭转振动计算对初步优化方案进行了进一步优化调整,最终实现该型船的推进轴系优化设计。