冰区航行船舶轴系时域瞬态扭振计算及软件开发

对在冰区航行船舶柴油机推进轴系运行过程中螺旋桨与冰块相互作用特点及各阶段螺旋桨冰载荷激励力矩时域特性进行研究。采用集总参数法建立扭转振动当量模型,运用Newmark-β法对基于冰载荷作用下某船舶推进轴系进行时域瞬态扭转振动理论计算与分析。基于VB.NET软件开发平台与MATLAB软件进行混合编程,开发了通用的冰区航行船舶推进轴系时域瞬态振动计算与分析的工程应用软件,并与国外软件计算报告进行对比分析,对软件的正确性进行了验证。这项研究对船舶推进轴系在极地/冰区海域的安全性运行提供了理论指导。     

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。     

冰区航行船舶推进轴系扭转振动研究

本文以低速柴油机船舶推进轴系为研究对象,在对4叶螺旋桨单片桨叶与冰块相互作用激励力矩时域曲线基础之上,得到螺旋桨与冰块作用的总激励力矩时域曲线和频域曲线；采用集总参数法和系统矩阵法分别构建轴系振动模型和振动方程,对未考虑冰载荷和考虑冰载荷激励力矩作用下进行了轴系振动理论计算；同时通过实船测试验证了未考虑冰载荷激励力矩作用时振动数学模型和理论分析方法的正确性,对降低船舶轴系振动和提高船舶安全性具有一定的理论指导意义。     

电力推进无人船轴系冲击响应计算

针对无人船的电力推进系统建立电机-轴系动力学模型,分析电机电磁激励力对推进轴系的影响。介绍半正弦波加速度激励,研究冲击激励作用下轴系振动特性,再利用Matlab软件计算多种工况下的轴系冲击振幅,进而对无人船转速进行合理设计。结果表明,船舶在碰撞过程中,冲击能量作用在船舶的推进轴系,造成推进轴系的异常振动或损伤,撞击时船舶航速对轴系影响很大,必须合理选择轴系转速。     

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。     

冰载荷冲击下的推进轴系扭振特性影响分析

以某破冰船电力推进轴系为研究对象,建立轴系扭转振动集总参数模型及边界条件分析,采用时域方法,分别对常规推进轴系及冰载荷作用下的推进轴系的扭振特性进行对比分析,说明冰载荷对轴系扭振特性的影响十分强烈,需要进行重点关注;同时,对构成轴系的主要部件中的联轴器刚度、离合器惯量等进行轴系扭振敏感性分析,获得轴系主要部件性能参数对轴系扭转振动特性影响情况的普遍规律,用于指导轴系设备设计和选型。文章对破冰船轴系设计具有一定的指导意义。     

推进器激励船舶振动辐射声计算方法

文章在铁木辛柯梁的基础上,建立螺旋桨、轴系及船体耦合振动的数学物理模型,采用声极子模型计算各船体截面振动引起的辐射声压。计算分析了激励力直接作用到船体和经螺旋桨、轴系激励船体振动产生声辐射的差别,指出轴系振动对螺旋桨激励力激起船体振动并产生声辐射有着关键的影响作用。     

基于频域分析的冰载荷激励下推进轴系扭振计算方法研究及工程软件开发

受全球气候变暖的影响,极地/冰区航线将在可预见的时间内成为一条连接太平洋和大西洋的新航道。在极地/冰区航行技术的研究中,冰载荷激励下推进轴系扭振计算方法的建立是该轴系设计的关键因素。论文开展了3种冰载荷工况下螺旋桨桨叶激励分析,利用Fourier变换将冰载荷时域(以螺旋桨旋转角度度量的)激励信号转化为频域激励信号。并提出在变速系统中将螺旋桨激励谐次与幅值转化为与柴油机转速相同当量系统的方法。基于冰载荷激励研究与分析成果,开发了基于频域分析的冰载荷激励下推进轴系扭振工程计算软件。这项研究为我国自主开展极地/冰区航行船舶推进轴系的研究和设计奠定了基础。     

舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性

螺旋桨激励力会通过轴系向各轴承基座传递,并激发船体结构产生振动声辐射问题。为掌握螺旋桨不同方向激励力通过轴系的传递规律,利用船舶推进轴系试验台,在轴系固有特性计算与测试的基础上,测试分析螺旋桨水平、垂向与纵向激励力通过轴系向3个轴承基座的传递特性。结果表明:单方向激励力作用下,轴系会产生不同方向的耦合振动,并在基座处产生3个方向的振动,其中轴系振动固有频率有明显体现;不同方向的激励力传递路径不同,水平激励在艉轴后轴承基座处产生较大水平振动,垂向激励在艉轴后轴承和推力轴承基座处产生较大垂向振动,纵向激励在推力轴承基座处产生较大纵向振动,螺旋桨激励力通过轴系向艉轴前轴承基座的传递相对较弱;与垂向激励相比,水平激励会在3个轴承基座处产生更大的振动响应。     

轴-艇耦合系统的力传递特性分析

螺旋桨与水下伴流场产生的脉动激振力是潜艇振动的一个重要激励源。潜艇的主要结构是推进轴系与壳体耦合结构,螺旋桨产生的激振力通过轴系经尾轴承、中间轴承及推力轴承作用于艇体激起艇体振动。目前降低轴系引起外壳体的振动有降低螺旋桨的脉动激振力和改善轴系与壳体之间的减震装置2种方法。在降低螺旋桨脉动激振力较困难的情况下,研究激振力经轴系传递到壳体的路径,就对改善减震装置、降低壳体振动有重要意义。     

永磁同步电动机结构的模态研究

论文先简要介绍模态分析理论,再运用机电类比的方法推导定子固有频率的计算方法,并用ANSYS软件对电机定子建立的三维有限元模型进行模态分析,计算出它们的固有频率及其振型,避免和电磁力的频率及次数发生共振,从而降低永磁同步电动机的电磁振动和噪声.     

船用低速柴油机曲轴轴向振动研究

以船用大功率低速柴油机柔性体曲轴为对象,在考虑气体力、运动部件惯性力、扭纵耦合效应等因素的情况下,建立曲轴、连杆、活塞的刚柔混合动力学模型。通过数值仿真,分别对连杆推力、连杆法向力和切向力对曲轴轴向振动的影响进行分析。分析结果表明：法向力是曲轴轴向振动的直接激励源,切向力是曲轴轴向振动的间接激励源-切向力引起曲轴扭振,进而引起曲轴纵振;同时法向力和切向力对曲轴轴向振动的影响非常相近;而连杆推力(法向力和切向力合力)引起的曲轴轴向振动是扭纵耦合振动的结果,并非两种分力作用结果的简单叠加。     

阻振质量对板平面弯曲波传播的阻抑

研究了无限板上受点激励时阻振质量对结构声传递的阻抑,采用基于能量观点的隔振度来定义阻振质量的阻抑作用.通过理论分析验证了隔振度简化公式的可行性.发现板平面弯曲波分别和阻振质量的弯曲波和扭转波达到最佳耦合时,平面弯曲波发生最大透射.算例分析和试验研究论证了理论分析的正确性,为阻振质量应用于结构声传递途径的控制提供了理论和试验基础.     

船舶桨-轴系统弯扭耦合振动特性

船舶桨-轴系统在运转过程中经常出现异常振动和噪声,影响着系统运转的稳定性,威胁着水下航行器的隐蔽性和安全性。为有效解决该问题,以大型船舶桨-轴系统为研究对象,基于Timoshenko梁-轴单元建立系统在螺旋桨质量偏心作用下的弯扭耦合模型。对桨-轴系统的瞬态响应进行分析,得到外激励力和旋转频率对桨-轴系统弯曲振动和扭转振动响应特性的影响规律,为提高船舶桨-轴系统的稳定性和故障诊断提供理论依据。     

大型巡航救助船快速性研究

结合大型巡航救助船的功能需求和主尺度特点,对其快速性进行分析。采用计算流体力学(CFD)技术对原型方案的线型进行阻力性能计算。根据计算结果,分别对艏部轮廓线形状、球艏、呆木和支架进行优化,得到最终方案,该方案的阻力相比原型方案大幅减小。对最终方案进行模型试验,模型试验结果与CFD计算结果的吻合度良好,证明该船采用的线型优化方法是可靠、可用的。     

船舶机械低频线谱振动传递的主动控制

针对船舶机械振动的低频线谱主动控制,文章采用输出力大、频响平直、无接触式的磁悬浮作动器,分析了永磁偏置式作动器的电-磁-力耦合特性,推导了磁悬浮主被动隔振系统运动方程和系统稳定性影响因素;研制了满足船舶应用要求、具有冲击摇摆适应能力的磁悬浮-气囊主被动混合隔振器。采用收敛快速的窄带多通道Fx-Newton算法,并针对线谱频率波动时的控制鲁棒性,提出了窄带滤波相位差的自适应补偿环节。在船用200 kW柴发机组上进行了主被动混合隔振实验,未开启线谱控制时,可获得>32.8 dB的宽频隔振效果;控制开启后,可进一步有效衰减传递到基座的多根线谱振动,并且在柴发机组的转速波动工况下依然能实现快速收敛、稳定和高效控制。该主被动混合隔振系统可满足船舶机械低频线谱控制的工程实用要求。     

船舶推进轴系纵扭耦合振动研究

本文建立了大型船舶柴油机推进轴系纵扭耦合振动计算的系统矩阵模型。在耦会效应的考虑上，柴油机曲轴计入其当量耦合刚度；而螺旋桨则用当量加速度耦合系数和当量速度耦合系数描述。通过对实部轴系纵扭耦合振动的计算与实测分析，对耦合振动的一般规律进行了研究。     

基于扭转弹性波理论的船舶柴油机推进轴系扭振研究

本文建立了连续轴模型中沿轴向传播的扭振弹性波的波动方程组,结合方程组的初始条件和边界条件及波动方程解的行波表达式,导出了各轴段扭转弹性波传播的解析表达式,利用数值迭代方法可求解;利用弹性波分析理论对船舶柴油机推进轴系的连续模型进行了扭振响应计算的研究,在激励力上可同时计及各谐次的综合作用,可精确计算共振及非共振工况的强迫振动响应,使计算过程与扭振实测分析过程完全对应.研究中,对某船舶柴油机推进轴系的扭转振动振形和轴系扭振响应进行了计算,获得了较好的效果.     

A study of vibration and vibration control of ship structures

This paper examines the vibration characteristics and vibration control of complex ship structures. It is shown that input mobilities of a ship structure at engine supports, due to out-of-plane force or bending moment excitations, are governed by the flexural stiffness of the engine supports. The frequency averaged input mobilities of the ship structure, due to such excitations, can be represented by those of the corresponding infinite beam. The torsional moment input mobility at the engine support can be estimated from the torsional response of the engine bed section under direct excitation. It is found that the inclusion of ship hull and deck plates in the ship structure model has little effect on the frequency-averaged response of the ship structure. This study also shows that vibration propagation in complex ship structures at low frequencies can be attenuated by imposing irregularities to the ring frame locations in ships. Vibration responses of ship structures due to machinery excitations at higher frequencies can be controlled by structural modifications of the local supporting structures such as engine beds in ships.