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。     

轴系法兰连接螺栓数量对振动的影响

法兰连接螺栓数量改变了轴系连接的刚度,从而影响轴系的振动。以某集装箱船推进轴系为研究对象,采用有限元仿真方法,通过改变艉轴和中间轴法兰连接的螺栓数量,分析其与轴系振动间的关系。研究结果表明:增加螺栓数量会增加轴系连接刚度,使轴系低阶固有频率增大,高阶固有频率减小;在发生共振时,靠近螺旋桨端节点的共振幅值较大,远离螺旋桨端节点的共振幅值较小。因而在选配螺栓数量时,应以控制螺旋桨端共振幅值为主;而增加螺栓数量会降低该处的共振幅值,但降低程度逐渐减弱。因此,在选配螺栓数量时,要综合考虑装拆等实际问题,并在规范允许的螺栓数量范围内进行适当调整。     

推进轴系——船体结构低频弯曲振动耦合特性

为分析水面舰船推进轴系与船体结构的低频弯曲耦合振动问题,利用有限元法建立了推进轴系—船体结构耦合系统的数学模型,计算系统的垂向及水平向弯曲振动固有特性,并与利用简化模型得到的计算结果进行了对比分析。结果表明:在推进轴系第1阶弯曲振动固有频率以下频段,推进轴系—船体结构系统主要体现为船体梁振动,推进轴系跟随船体梁运动;在推进轴系的每阶振动固有频率附近,由于存在一个固有频率非常接近的船体梁振动模态,故在该频段桨—轴系统与船体梁有较强的耦合作用;在船体梁的质量及截面面积惯性矩远大于轴系对应参数的情况下,仅分析推进轴系自身的低频固有振动特性时,将船体结构简化为刚性安装基础所带来的误差很小,但是推进轴系简化模型不能反映推进轴系—船体结构的耦合振动模态及多轴系时的反相位振动模态。     

变刚度支撑对船舶轴系横向振动影响分析

为研究轴承水平和垂直变刚度对船舶轴系横向振动的影响,在ANSYS中建立船舶推力轴系有限元模型,通过模态分析和谐响应分析,研究了艉轴承2个共轭方向变刚度时,轴系的横向固有振动频率以及横向受迫振动情况。研究结果表明:随着轴承某一方向的刚度降低时,该方向上横向振动的固有频率也降低,尤其是低阶频率,对应的谐响应振幅也随之降低,这对轴系低阶横向振动影响较为突出。该结果对通过改变轴系支撑刚度来抑制轴系振动提供了理论支持。     

碰撞船舶的船体损伤对推进轴系的影响

为研究意外事故造成的船体损伤对大型船舶推进轴系的影响,设计模拟艉轴-油膜-艉部结构的试验装置,建立其动力学模型,分析船体损伤下推进轴系的运动特性及因不同损伤船体造成支撑刚度改变的轴系动力学特性,研究船体损伤之后因外力传递造成的推进轴系运动特性变化。结果表明:在船体损伤的工况下,艉部结构的运动状态会随着支撑刚度的改变而改变,同时轴系从概周期运动进入混沌运动的临界转速也会发生变化;但当支撑刚度达到一定值之后,艉轴从概周期运动进入混沌运动的临界转速趋于稳定;由于船体损伤状态的支撑刚度变化,船体碰撞力的传递也会对船舶轴系的运动状态产生影响,可能因船体损伤加剧而造成二次损伤。     

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。     

基于动刚度法的水面船舶桨-轴-船体耦合系统

为分析在低频段内船体两侧螺旋桨激励相位差对船体振动的影响,基于动刚度法建立水面船舶桨-轴-船体耦合系统的横向振动3梁耦合模型。将动刚度法的计算结果与有限元法进行对比,表明动刚度法具有良好的精度。分析桨-轴-船体耦合系统的垂向固有振动特性。在低频段内该系统主要表现为船体梁的振动,推进轴系对船体梁的固有特性影响较小。对左右双桨分别施加不同相位差的单位垂向简谐力,计算由各轴承位置输入至船体梁的功率流。结果表明,双桨激励相位差的增大会使输入至船体梁的功率流变小。因此,在对桨-轴-船体耦合系统的横向振动控制方面,应重点关注双桨激励相位差较大时的工况。     

船舶推进轴系纵横耦合振动响应分析

文章针对船舶推进轴系多质量、多弹性支撑的工程实际结构,运用有限单元法,基于带弹性支撑、集中质量的纵横耦合振动梁单元的非线性刚度矩阵及质量矩阵,建立了结构有限元动力学分析模型,计算了其动态响应位移及幅频特性曲线,并对响应结果进行了分析;由于纵横耦合振动存在着较强的耦合作用,其动态响应位移比无耦合作用下的位移大,在频域上有更多的激励频率分量;因此,在设计时系统的固有频率不仅要避开激励频率,同时要避开纵、横激励频率的线性组合;文中还研究了在不同激励力幅值和不同激励频率下船舶轴系耦合振动的非线性响应的影响规律。计算分析结果对船舶推进轴系的设计具有一定的指导借鉴意义。     

轴承油膜动力特性系数对轴系回旋振动影响

由于轴承油膜非线性特性的影响,轴承支承位置及其支承点数目对轴系回旋振动影响较大,运用滑动轴承的流体动力润滑原理计算分析轴承油膜刚度和阻尼动态特性分析,结果表明轴承内油膜刚度和阻尼呈非线性分布,各系数在方向上大小也不同。在此基础上,对某试验平台轴系上各轴承离散成等间距分布的多支撑点,分别计算每个支承点上的油膜动态性能系数,分析比较油膜动态性能系数各向同性和异性时对轴承回旋振动特性的影响,结果表明油膜动态性能耦合系数对轴承回旋振动在低频和共振频率阶段有较大影响。这一结论对轴系回旋振动低频噪声分析提供了一定理论依据,为更进一步研究其噪声辐射提供更为准确的分析方法。     

船体变形对轴系横向振动的影响研究

船体变形是影响船舶推进轴系振动的一个重要因素,但目前对于轴系横向振动的研究都是在基于船体为刚性体,不发生变形的前提下进行。针对某散货船,采用有限元法建立了船体变形下,轴系中心线垂向相对变形对轴系横向振动影响的计算方法和流程。结果表明:船体在不同工况下,轴系中心线垂向相对变形对轴系横向振动固有频率有着显著的影响。     

基于波分析法油膜刚度对轴系扭转振动影响的研究

为确保带减速齿轮箱主推进系统的可靠性,文章对船舶轴系的扭转振动进行了研究。首先根据各组成部件的特点将轴系分解为连续和离散的两个子系统,分别利用波分析法和多自由度系统分析法列出连续子系统的波动形式及离散子系统的振动微分方程,同时考虑了减速齿轮箱油膜刚度的影响。然后根据两子系统连接处的动态平衡和连续条件,建立整个轴系在扭转振动模式下总运动方程,通过求解总方程得到系统的位移响应。该扭转振动分析被应用到某LNG船带减速齿轮箱的轴系振动计算中,通过考虑轴系减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度使轴系扭转振动模型更接近轴系实际运转工况。计算结果显示：随着减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度的增加,最大轴系扭转应力向低转速区域偏移。这对船舶轴系转速禁区的划分产生极大的影响。有助于防止因不良轴系振动计算引起轴系事故的发生。     

基于波分析法油膜刚度对轴系扭转振动影响的研究（英文）

为确保带减速齿轮箱主推进系统的可靠性,文章对船舶轴系的扭转振动进行了研究。首先根据各组成部件的特点将轴系分解为连续和离散的两个子系统,分别利用波分析法和多自由度系统分析法列出连续子系统的波动形式及离散子系统的振动微分方程,同时考虑了减速齿轮箱油膜刚度的影响。然后根据两子系统连接处的动态平衡和连续条件,建立整个轴系在扭转振动模式下总运动方程,通过求解总方程得到系统的位移响应。该扭转振动分析被应用到某LNG船带减速齿轮箱的轴系振动计算中,通过考虑轴系减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度使轴系扭转振动模型更接近轴系实际运转工况。计算结果显示:随着减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度的增加,最大轴系扭转应力向低转速区域偏移。这对船舶轴系转速禁区的划分产生极大的影响。有助于防止因不良轴系振动计算引起轴系事故的发生。     

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.     

轴承刚度对船体辐射噪声的影响

针对船舶推进轴系振动对船体结构产生的辐射噪声问题,采用有限元及边界元方法分析不同轴承刚度下的轴系-船体耦合结构辐射声压及声功率,结果表明,纵向振动时辐射声功率曲线反映出结构辐射噪声声功率与轴承刚度的明显正相关关系,艉轴后轴承刚度变化对整体辐射噪声影响最大。     

船舶推进轴系纵横耦合非线性动力学分析—叶频激励下横向主共振响应

在考虑Von Karman非线性位移—应变关系下,基于Hamilton变分原理建立了船舶推进轴系纵横耦合非线性动力学方程。利用Galerkin方法,导出系统第一阶模态振动微分方程,采用多尺度法求解该方程。获得了叶频激励下横向主共振响应方程组,利用伪弧长延拓法数值求解了该方程组的平衡解并分析了其稳定性。探讨了支承刚度、激励载荷、螺旋桨质量、阻尼比以及细长比对轴系纵横耦合效应的影响。研究表明:细长比越小,激励载荷越大,阻尼比越小,系统纵横耦合效应越强;增加后艉轴承刚度可以抑制纵横耦合效应,增加前艉轴承以及推力轴承刚度则增强纵横耦合效应,而中间轴承对其没有明显影响;与线性模型相比,纵横耦合效应使轴系横向共振时的频率大于其线性固有频率,在某些激励频率处,幅频响应曲线上存在多解使幅值出现跳跃现象。分析结果对船舶推进轴系的设计有指导意义。     

弹性支承对船舶轴系的影响分析

船舶推进轴系引起的船体振动问题日益突出,为了减小推进轴系传递给船体的振动,从改变振动传递路径的角度提出一种轴系整体弹性支撑方案。建立有限元模型,改变支撑平台结构刚性和隔振器刚度分别计算轴承基座间相对位移和轴承载荷。所选取的平台方案中,在重力下轴承基座间最大相对位移为1.216 mm。推力作用下当推力大于500 kN时,采用1阶弯曲频率在18.2 Hz及以上的平台方案时,轴承基座间最大相对位移小于0.3 mm,隔振器刚度变化则对轴承载荷影响不大。通过调整平台刚度和隔振器刚度,可以将弹性支撑系统对轴系影响控制在标准范围内,保证轴系安全运行。     

弹性支承对船舶轴系的影响分析

船舶推进轴系引起的船体振动问题日益突出,为了减小推进轴系传递给船体的振动,从改变振动传递路径的角度提出一种轴系整体弹性支撑方案。建立有限元模型,改变支撑平台结构刚性和隔振器刚度分别计算轴承基座间相对位移和轴承载荷。所选取的平台方案中,在重力下轴承基座间最大相对位移为1.216 mm。推力作用下当推力大于500 kN时,采用1阶弯曲频率在18.2 Hz及以上的平台方案时,轴承基座间最大相对位移小于0.3 mm,隔振器刚度变化则对轴承载荷影响不大。通过调整平台刚度和隔振器刚度,可以将弹性支撑系统对轴系影响控制在标准范围内,保证轴系安全运行。     

舰船轴系纵向减振器参数优化方法

[目的]轴系的纵向振动是引起船体振动的重要因素之一,安装纵向减振器能有效减小轴系纵向振动,进而控制船体的振动噪声,但减振器参数的变化会引起轴系振动特性的变化。[方法]以某轴系试验平台为研究对象,建立有限元模型,在直线校中状态下,分析轴系纵向刚度与其纵向振动的关系。在此基础上,建立该轴系纵向减振模型,对减振器参数进行无量纲化,保持减振器质量不变,采用寻优算法求解减振器的优化阻尼值和刚度值。[结果]通过比较轴系纵向减振器参数优化前、后轴系的纵向振动频域响应情况,表明减振器参数优化后可有效减小该轴系的纵向振动。[结论]研究结果能够为轴系纵向减振器参数优化提供理论依据。     

小水线面双体船螺旋桨激励船体振动研究

文章研究了小水线面双体船的桨—轴—船体耦合系统在螺旋桨受宽带力激励下的纵向振动特性。建立了考虑周围流体介质作用的桨—轴—船体动态耦合系统的声振数值计算模型,经实船试验表明计算结果与试验结果吻合较好。采用该模型计算分析了桨—轴—船体耦合系统的振动特性。作用在螺旋桨上的激励力传递到船体时,受到轴系子系统的调制作用及推力轴承基座结构的刚度影响,在轴系一阶和二阶纵向振动模态处出现动力放大;考虑螺旋桨的弹性变形时,激励力在螺旋桨的桨叶若干纵向振动模态频率上也出现了明显的放大。在这些低频段的振动模态频率上,船体结构受放大的激励力作用,容易产生共振及声辐射。     

小水线面双体船螺旋桨激励船体振动研究（英文）

文章研究了小水线面双体船的桨—轴—船体耦合系统在螺旋桨受宽带力激励下的纵向振动特性。建立了考虑周围流体介质作用的桨—轴—船体动态耦合系统的声振数值计算模型,经实船试验表明计算结果与试验结果吻合较好。采用该模型计算分析了桨—轴—船体耦合系统的振动特性。作用在螺旋桨上的激励力传递到船体时,受到轴系子系统的调制作用及推力轴承基座结构的刚度影响,在轴系一阶和二阶纵向振动模态处出现动力放大;考虑螺旋桨的弹性变形时,激励力在螺旋桨的桨叶若干纵向振动模态频率上也出现了明显的放大。在这些低频段的振动模态频率上,船体结构受放大的激励力作用,容易产生共振及声辐射。