船舶轴系力学建模与仿真研究

通过Pro/E建立实船的轴系三维仿真模型,并用动力仿真模块分析轴系在起动过程中轴承座和万向节十字轴轴头的受力。得到的轴承座受力和轴系中万向节转角关系,为通过改善轴系设计实现船舶振动噪声控制提供新思路;获得的万向节十字轴轴头在轴系起动、正常运转中的受力规律,可以为进一步研究万向节在工作过程中的应力规律提供参考。     

十字轴万向节串联轴系传动特性研究

分析了多个十字轴万向节串联轴系的传动规律,建立串联轴系从动轴转速、角加速度、转矩的动力学模型,得出同步传动的条件,运用Matlab软件编程进行分析十字轴万向节串联轴系从动轴转速、角加速度、转矩的动态特性,分析的结果可用于指导万向节串联轴系的布置设计,并对轴系的减振降噪设计提供参考。     

推力轴承轴向刚度对船舶轴系振动响应的影响

采用ANSYS有限元软件对某型舰船轴系进行相似建模,并计入螺旋桨激振力,研究不同推力轴承轴向刚度下的轴系振动特性,分析螺旋桨激振力通过轴系的传递状况。计算结果表明,增大推力轴承轴向刚度能有效衰减振动沿着纵向振动经过船体结构的传递,有一定减振降噪的作用。     

外载荷作用下船舶推进系统非线性动力学分析

以某船推进系统为研究对象,应用有限元和子结构缩减法,建立了包含主机、轴系、螺旋桨及简易轴承座的船舶推进系统非线性多体动力学模型。对该系统在额定功率下燃气压力和螺旋桨激振力的作用进行了多体动力学计算。分析了螺旋桨、轴系等的受力情况及位移随曲轴转角的变化。结果表明,艉轴后轴承处轴系受力与位移呈现两端大中间小的分布情况,螺旋桨竖直向下位移最大值为2.86mm,轴向位移最大值为1.18mm,相对角位移最大值为0.087rad。该方法为分析和提高船舶推进系统可靠性及其优化等提供了重要参考。     

基于组态技术的轴系监测系统

介绍基于工控组态软件MCGS的船舶轴系监测系统。该系统的主要功能是实现在线监测轴系的运转状况,其原理是通过对轴系运转过程中各个轴承的受力情况、尾轴承润滑油的受压情况以及螺旋桨的受力情况的在线监测和分析比较,及时预测和发现轴系在运转中的不良状况,进而排除故障。     

轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性影响

针对某船舶轴系进行了不同位置、不同支承长度的轴承条件下固有振动特性分析.得到了不同位置不同支承长度的轴承对船舶轴系固有振动特性的影响.计算结果表明,不同位置轴承支承长度的变化对船舶轴系固有振动特性的影响有很大的不同.在所有的轴承中,船舶前后艉架轴承和船舶艉管轴承对船舶轴系的振动特性影响最大,同时这些轴承工作条件恶劣,在船舶正常运行过程中支承长度会发生很大的变化,因此在船舶运行过程中必须时刻注意这些轴承的性能变化.     

轴系运转状态校中分析及在9000 DWT多用途船上的应用

船舶轴系校中计算是轴系正确安装的重要依据,而轴系的合理安装关乎船舶的安全营运.实践证明,船舶运转状态校中分析更接近于船舶实际运行情况下的轴承受力情况,对合理校中具有重要的补充作用.通过对9000 DWT多用途船舶轴系校中的实例分析,介绍轴系运转状态校中分析的基本方法,进而校核轴承实际受力位置和齿轮受力情况.     

艉轴承设计间隙对轴承油膜刚度系数的影响

船舶轴系运行状态与轴承油膜动力学特性变化密切相关,其中艉轴承设计间隙直接影响船舶轴承油膜力特性参数的大小。以轴系轴承油膜刚度系数为研究目标,根据有限长轴承数学模型,以艉轴承设计间隙为变量,运用理论分析和数值仿真方法分析船舶艉轴承设计间隙对轴系轴承的影响,并得出轴承刚度系数的变化规律和特点。     

某6000DWT散货船轴系合理校中数值模拟分析

以某6000DWT散货船推进轴系为对象,用数值模拟分析其轴系在不同轴承组合的情况下的受力状态.通过分析首轴承及中间轴承的相对位置关系,评价其对船舶轴系合理校中的影响.轴系合理校中数值模拟分析表明,首轴承及中间轴承的相对位置关系影响轴系受力状态,对于短轴系船舶,首轴承对轴系的支撑作用明显,在这种情况下可以取消中间轴承.     

船舶推进轴系振动对轴承承载特性的影响

本文以某实际船舶推进轴系为研究对象,计入螺旋桨激振力大小和频率的影响,获得推进轴系发生振动时径向滑动轴承的承载状态,推导了径向润滑轴承承载力及液膜刚度的计算表达式,分析了螺旋桨激振力引起的推进轴系振动对径向润滑轴承承载特性的影响。结果表明,螺旋桨激振力会导致径向润滑轴承承载力及液膜刚度产生周期性的波动,不同加载频率前提下轴承承载特性表现各异,且重载条件下轴承承载特性的波动更为明显,必须合理设计轴承以提高轴承的承载能力,进而保证整个推进轴系的运行稳定性。     

考虑船舶轴系校中与弯曲振动的轴承优化布置

船舶在航行过程中,螺旋桨所受到的激振力通过船舶轴系传递给船体并引起尾部振动和噪声,给船舶的乘坐舒适性和安全性带来危害。本文利用传递矩阵法分别建立船舶轴系校中数学模型和弯曲振动数学模型,并使用拟定常法得到螺旋桨叶频和二倍叶频的激励力幅值比值,成比例输入到轴系系统当中,设置轴承间距和轴承标高为变量,以尾轴后轴承受力幅值最小为目标函数。在满足船舶轴系校中标准下,对轴承位置的轴向和径向进行双向优化,得到实例的最优布置方案,通过比较优化前后的尾轴后轴承受力响应幅值,可以发现优化效果明显,对船舶轴系设计与布置具有一定的指导意义。     

基于电阻应变片法的船舶推进轴系负荷测试方法研究

船舶推进轴系负荷测试是船舶推进轴系设计、校中计算、轴系安装、调整等过程中不可缺少的环节,其目的是使船舶实际运营中的轴承负荷在设计允许的范围之内.利用轴系截面应变测量原理,推导出轴系应变、截面弯矩与轴承负荷三者之间的数学关系式,在此基础上,确定了后艉轴承载荷分配比例与支点位置计算方法.经过实船数据的测量计算,并与国外实验结果的比较和分析,证明了该方法能够满足目前国内船舶推进轴系负荷测试的需要.     

船舶艉部结构对尾轴振动特性影响研究

船舶大尺度效应造成船体变形大,使船舶轴系和船体之间相互耦合、相互影响问题十分突出。为此,建立了具有非线性油膜力作用的尾轴-油膜-艉部结构耦合系统动力学模型,推导了系统的动力学微分方程并对方程进行求解,分析了不同转速下尾轴的非线性动力学特征,总结了艉部结构系统的固有频率,参振质量,支承刚度,连接刚度对尾轴振动特性的影响。结果表明：考虑艉部结构的影响之后,尾轴-艉部结构耦合系统的振动特性发生了较大的改变,耦合程度受艉部结构固有频率影响较大,尾轴最大振幅随艉部结构参振质量,支承刚度的变化而发生改变。     

船体大变形对轴系校中的影响

在对轴系校中的影响因素研究中,国内外研究者大多将精力集中在轴承热位移、油膜刚度变化等方面,随着船舶的大型化,船体大变形已经成了影响轴系校中的主要因素之一。文章依据有限元方法的基本原理推导了适合轴系校中的计算公式,并利用Visual Basic编写了对应的计算软件,结合船体变形数据,分析了船体变形对轴系校中的影响程度,为船舶轴系校中计算及检验提供了参考。     

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。     

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.     

考虑轴颈倾斜的径向滑动轴承动态特性研究

由于螺旋桨的悬臂作用,船舶尾轴径向滑动轴承工作时轴颈在轴承孔中往往处于倾斜状态,这样尾轴承特别是后尾轴承会造成严重的磨损,因此有必要分析轴颈倾斜对径向滑动轴承润滑性能的影响,找出压力分布规律,为船舶推进轴系实现合理校中提供一定的理论依据。文中给出了考虑轴颈倾斜的油膜厚度计算公式,通过对Reynolds方程进行求解,结果表明,随着倾斜角的增大,最大油膜压力逐渐向尾部倾斜,油膜压力分布出现尖角状态,油膜合力也逐渐增大。     

考虑船体变形的轴系动态校中算法

船体变形是影响轴系校中质量的关键动态因素，其对船舶的安全运营起着至关重要的作用。对此，本文在船舶轴系合理校中计算的基础上，提出了一种考虑船体变形的轴系动态校中算法。通过研究船体变形对轴承相对位移的影响变化，结合轴系结构特点和船级社的相关统计规律，得到了在船体变形下轴承相对位移的数学表达式；将主机轴承脱空作为临界点，计算出轴系所能承受的最大船体变形，并以此确定了轴承位移的安全余量。以176000DWT散货船为例，实现了考虑船体变形的轴系动态校中，并验证了算法的准确性。     

螺旋桨激振力作用下船体振动及水下辐射噪声研究

利用有限元法和边界元方法分析比较了螺旋桨激振力三个方向分力(轴向、横向、垂向)分别作用以及同时作用时引起的船体结构振动与水下辐射噪声。结果表明,船体结构在螺旋桨激振力作用下在轴频、叶频、一倍叶频、二倍叶频以及船体固有频率处振动响应出现线谱;横向螺旋桨激振力引起的船体水下辐射噪声最大,垂向力其次,最小是轴向力;三个方向激振力同时作用时船体最大辐射声功率出现在叶频处,主要由横向力引起,其次是轴频处,主要由轴向力引起。分析其原因主要是横向激振力在叶频时最大,而且与船体固有频率接近,产生共振,轴向力在轴频处次之。