船舶传动装置多体动力学和有限元仿真技术

目前,传动装置振动计算多采用集中参数法,未将轴系振动(扭转振动、横向振动与纵向振动)以及结构振动进行综合分析,与实际情况有一定的差别。本文以典型双机并车装置传动(包括柴油机、高弹性联轴器、万向轴、传动齿轮、主轴与输出负载)为研究对象,应用多体系统动力学理论对其激励特性进行研究,为传动装置有限元动力学响应分析提供输入条件。在完成传动装置多体动力学仿真分析的基础上建立传动装置有限元分析模型,然后对传动装置进行轴系振动和结构振动有限元动力学响应分析,并进行试验验证。同时,讨论转速和隔振刚度对传动装置结构振动的影响规律。最后,通过总结,初步形成船舶传动装置基于多体动力学和有限元仿真的振动特性预估方法,以完善和充实传动装置的研究方法和理论。     

基于欧拉梁理论的船舶轴系动力学特性研究

船舶轴系振动是导致船舶噪声过大的一个主要因素。为了提高船舶乘坐舒适性,对其振动进行研究是一个主要手段。本文基于欧拉梁理论建立轴向与横向耦合的推进轴系振动模型,推导得出显式刚度矩阵,并采用纽马克方法对时间尺度进行积分,得到梁自由端动力响应。     

三维复杂弹性耦合冲击隔离系统建模研究

针对带弹性筏体和弹性基础的三维复杂弹性耦合冲击隔离系统，综合运用多体动力学理论、结构动力学理论、子结构方法、有限元方法，考虑系统刚体运动与弹性振动的耦合，建立了三维复杂弹性耦合冲击隔离系统的动力学模型；编写计算程序计算系统的固有频率，并与用ANSYS软件建模计算的固有频率和实验值进行比较，结果吻合得较好，通过试验工况下计算的机组加速度响应与实测结果的比较，验证了模型的正确性；最后计算分析系统在三向冲击激励下的动力学响应，为分析浮筏系统的冲击响应控制和参数优化奠定理论基础。     

船舶推进轴系不平衡-碰摩耦合故障振动特性分析

针对不平衡-碰摩耦合故障引发轴系振动的问题,采用多体系统动力学法进行理论与仿真研究。首先在螺旋桨推进轴系动力学模型的基础上,推导耦合故障作用下的多柔体系统动力学方程;然后利用SolidWorks、Adams建立螺旋桨推进轴系试验台刚柔混合模型,对模型进行仿真;最后分析耦合故障作用下轴系的振动特性。仿真研究表明:不平衡-碰摩耦合故障的发生,会使得轴系的振动变得更加复杂,特征频率出现了大量的高倍转频;转速越高,出现高倍转频的现象越明显,振动越复杂。     

城市公交客车乘座舒适性测量与评价

通过对ISO2631、GB4970、GB/T12477等标准的研究,用振动舒适度将客车座椅处的振动加速度均方根值与人对客车振动舒适性的主观感觉联系起来,运用不同车速、测量位置的加权矩阵函数计算出客车总的振动舒适性指标,解决了现有标准评价城市公交客车平顺性不适用的问题.将此方法应用于某城市公交客车的振动平顺性的测量与评价,取得了较好的结果.     

基于自适应进化策略的舰船甲板结构动力优化

舰船甲板结构是船体主要组成部分,它的动力性能影响到人员的舒适及船体安全,如果甲板振动过大,不仅会影响舒适性,甚至会导致甲板结构发生破坏,直接威胁船舶安全性.在舰船航行过程中,引起甲板振动的振源主要来自于螺旋桨和主机激励.本文基于自适应进化策略算法,考虑结构设计变量均为符合工程实际的离散变量,建立了适合对舰船甲板结构进行动力优化的方法,并针对某实船甲板出现有害振动问题,结合实船测量数据,对甲板动力特性进行了优化,得到减振结构修改措施.结果表明本文优化对于提高舰船的舒适性乃至安全性,有一定的实际意义和应用前景.     

奥斯达设计抗风快船系列

澳大利亚奥斯达公司（Austal）新近推出为海上风电场度身定做的“抗风快船”系列。其中3艘有双体船壳，具加强稳定性和效率；1艘是三体船，即使在洋面6级状况，仍能提供非常舒适的乘坐体验。     

气浮结构的小倾角浮稳性分析

本文建立了气浮结构小倾角浮稳性分析的理论方法。与实浮体（常规浮体）相似，气浮体的小倾角浮稳性也可以通过稳性高能数来判断。文中首先推导出非对称多体实浮结构的稳性高参数的计算式，在此基础上，引进气浮体的浮态分析理论，导出了非对称多体气浮结构的稳性高的计算式。理论计算得到了稳心半径与模型试验和现场原型试验的测算值非常吻合，表明本文建立的气浮结构小倾角浮稳性分析理论是符合实际情况的，可以在工程中应用。     

大型液化气船振动计算分析

船舶振动直接影响船体结构安全性和船员居住的舒适性,如何通过设计方案的改进降低实船振动响应,是一个急需解决的问题。应用有限元法,对某17万m3系列液化气(LNG)船总振动、上层建筑和机舱棚局部振动进行分析,并依据ISO 6954-1984/2000振动标准对该船的强迫振动进行详细评估。评估结果表明,大型LNG船在自主开发设计过程中,在保证设计质量的前提下,可通过改进设计方案来降低实船振动响应的烈度。     

实船舵空化现象试验观察

空化是高航速下水面舰船螺旋桨及舵等附体上常见的现象,空化的产生会带来振动、噪声和空蚀等一系列问题,直接影响舰船的舒适性和局部结构的安全性.而由于国内有关实尺度舵空化数据的缺乏,导致人们对于实船舵空化的状况仍知之甚少.本文通过试验方法观察了某一实船舵在一定航速、一定舵角下的空化状况,获得了实船舵空化出现的位置及程度,为实尺度舵空化问题的认识和优化提供了一定参考.     

乘员负荷分布方式对客室内气流组织的影响

应用重整化群κ-ε紊流模型，分别计算并比较了非空态与空态空调列车室内空气三维紊流流场与温度场的分布特性．采用MonteCarlo法分析计算了太阳透射辐射和壁面间的辐射在车室内各固体壁面引起的附加热流变化，并以此作为能量方程的附加源项；对旅客产生的热负荷分别采用平面分布与空间分布处理方式，对比分析了采用不同热负荷分布方式对空调列车客室内三维空气流场与温度场分布的影响．研究分析表明：不同的热源处理方式对客室内流场与温度场有较大的影响．最后，实验验证了采用数值模拟手段研究非空态空调列车室内气流组织的可靠性，为空调列车室内舒适环境的优化研究提供了依据．     

三维复杂弹性耦合冲击隔离系统建模研究

针对带弹性筏体和弹性基础的三维复杂弹性耦合冲击隔离系统,综合运用多体动力学理论、结构动力学理论、子结构方法、有限元方法,考虑系统刚体运动与弹性振动的耦合,建立了三维复杂弹性耦合冲击隔离系统的动力学模型;编写计算程序计算系统的固有频率,并与用ANSYS软件建模计算的固有频率和实验值进行比较,结果吻合得较好,通过试验工况下计算的机组加速度响应与实测结果的比较,验证了模型的正确性;最后计算分析系统在三向冲击激励下的动力学响应,为分析浮筏系统的冲击响应控制和参数优化奠定理论基础。     

广义质量算子在微振动分析中的应用研究

为了研究柔性多体系统动力学的高效、高精度的实用方法．20世纪90年代提出了柔性多体系统动力学算子代数，其中，空间广义质量矩阵算子M=HΦPMH^TΦ^T把链式多体系统中各个单一柔体的质量和惯性从系统末端逐次递推形成一个完整的柔性多体系统广义空间质量矩阵．本文将该算子引入柔性多体系统微振动分析中，同有限元分析软件有机联系起来，借助模态分析，精确得到了微振动分析所需的广义质量，为柔性多体系统微振动更深入、更广泛研究奠定了基础．     

弹性浮筏系统动力学建模及冲击响应分析

浮筏隔振系统是一种集集中质量,弹簧,阻尼和弹性连续体为一体的复杂动力学系统,被广泛应用于船舶重要设备的振动隔离.本文以多体动力学和结构动力学为理论基础,对弹性浮筏隔振系统进行动力学建模,考虑筏体的刚体运动和弹性变形的耦合,由此推导出整个隔振系统的动力学振动方程.结合具体的算例,求出了弹性浮筏隔振系统的固有频率和对不同冲击激励的响应,指出了筏体的弹性变形对系统动力学性能的影响,揭示了弹性模型的全面性和合理性.该研究可对浮筏系统的优化设计提供理论依据和参考,有一定的工程意义.     

TMD对高速列车通过连续刚构桥时的振动控制研究

本文提出了一种可考虑TMD影响的列车桥梁空间振动时域分析方法,桥梁采用常规有限单元模拟,高速列车、TMD采用由弹簧阻尼器相连的多刚体模拟,直接建立车-桥-TMD时变系统运动方程,采用数值积分方法求解系统空间动力响应。分析中将桥面粗糙度视为一个平稳随机过程,采用谱呈现的方法进行随机模拟。以某(100+170+100)m高墩大跨连续刚构桥为例,首先对日本S.K.S.列车以不同车速通过该桥时引起的桥梁动力响应进行了分析,然后为控制桥梁的较大振动响应,研究了TMD系统对桥梁的振动控制效果。计算结果表明采用TMD可有效抑制高速铁路连续刚构桥的共振,并提供了一种确定TMD优选参数的简便方法,可供工程应用参考。     

大型船舶推进轴系扭振特性仿真和试验

基于多体动力学耦合理论结合有限元理论,以1艘大型船舶为研究对象,建立其推进轴系的刚柔耦合多体动力学仿真模型,对大型低转速推进轴系在工作中的扭振特性进行研究。在仿真计算的基础上,利用扭振测试系统对实船的扭振进行测量,并从多个谐次将轴系扭振的仿真计算值与试验测量值进行对比和分析。分析结果表明,通过仿真计算得到的轴系扭转振动变化趋势与实际测量值基本相符,验证了仿真模型的正确性和可行性。同时,通过Adams/Virbration模块分析了船体变形对轴系扭振的影响,证明了船体变形会导致轴系扭转振动增大。     

南京长江大桥横向振动激振源的确定

列车通过桥梁,引起桥梁横向振动是一个复杂的车桥时变系统动力学问题.本文以南京长江大桥为背景,分析了结构的自振特性值,结合实测资料,在统计数据的基础上,反复迭代计算,拟合出不同车速下的人工横向振动波,从而确定出车桥时变系统随机分析的激振源。     

船舶静动力学性能多目标优化

为了减少某船舶制造成本以及提高乘坐舒适性,本文以某船舶结构为研究对象,基于板壳理论建立其舱壁结构有限元模型,并对其进行参数化设计。采用Matlab软件对fem求解文件进行二次开发,得到参数化的有限元求解文件,并对其进行最优化设计,加权目标函数经过120次迭代后达到收敛。在满足各静力学与动力学指标的前提下,舱壁结构质量减轻14%左右,达到了较好的效果。     

工作舱室中均匀与非均匀气流场分析

为在满足舱室换气次数、设备使用环境和人员舒适性要求的前提下节省能耗，对舱室布风器位置和数量、回风格栅数量和大小等冷源配置进行优化，并进行建模仿真，对优化前后温度场和人员舒适度的变化情况进行分析。结果表明：优化布置方案可在满足舱室使用环境要求和人员舒适性需求的情况下减少约30%空调送风量。研究成果可为详细设计与生产设计中空调与布风器布置提供一定参考。     

基于多体动力学仿真的柴油机传动齿轮故障机理与监测方法研究

针对现有船用柴油机热工参数无法有效监测报警传动齿轮故障的问题,基于柴油机普遍缺失振动监测数据,难以有效提取故障特征的现状,采用多体动力学仿真技术研究柴油机齿轮载荷与曲轴止推轴承磨损之间的内在关联,基于仿真结果提取传动齿轮故障条件下的振动信号特征;采用实际故障案例振动数据,提取传动齿轮箱振动信号的时域、频域特征,实际特征变化规律与仿真结果一致,检验了本文仿真研究成果的正确性。