船舶推进系统齿轮箱的抗冲击性能研究

齿轮箱是船舶推进系统的关键组成部分,其运行质量直接决定了船舶的动力性能。船舶推进系统齿轮箱的工况复杂,受到船舶振动和基座变形的影响,齿轮箱易产生疲劳变形和振动噪声等问题。近年来,随着机械制造技术的进步,船舶齿轮箱也向着大功率、低噪声、轻量化、高转速等方向发展。本文以船舶推进系统齿轮箱为研究对象,建立了齿轮箱的多体耦合有限元模型,对动态冲击载荷下的齿轮箱的抗冲击性能进行载荷分析,并对齿轮箱的振动和弹性变形等进行有限元分析。本研究对提高船舶推进系统齿轮箱的结构强度、提高抗冲击性能等有重要的指导作用。     

基于完全耦合算法的绕水翼流固耦合特性研究

基于完全耦合算法对绕二维NACA0009水翼流固耦合特性进行了数值模拟研究。采用Theodorsen模型和Munch模型对刚性和弹性水翼的水弹性响应进行了数值计算,分析了流体与结构的相互作用关系,研究了影响结构水弹性响应和流固耦合特性的因素。研究结果表明:考虑了流体黏性的Munch模型与基于势流理论的Theodorsen模型对气动弹性响应的数值计算结果基本一致,而Theodorsen模型由于没有考虑流体黏性在一定程度上低估了结构的水弹性响应。结构的惯性、阻尼和刚度力矩与流体的相应附加载荷均处于同一数量级,故流体与结构的相互作用不可忽略,尤其对于弹性水翼,流体的惯性、附加阻尼作用增大,流固耦合算法的数值稳定性对流固耦合特性的计算结果影响将更大。外部激励频率为非共振频率时,结构的刚度作用是影响水弹性响应的主要因素,外部激励频率为共振频率时,流体的附加阻尼和附加刚度作用减弱,除结构的刚度作用外,流体与结构的惯性作用对水弹性响应和流固耦合特性的影响也较大。     

复杂外形潜水器的动力学建模

为建立复杂外形潜水器精确的动力学模型,并基于模型设计控制算法,本文以DOE HD2+2无人遥控潜水器(ROV)为对象,应用计算流体力学(CFD)粘流方法与面元法预测水动力系数.为提高计算速度,在保证计算精度的前提下,采用多面体网格,进行网格优化,减少了流体域的网格总数.由于ROV几何外形不对称,基于最小二乘法分段拟合了阻尼力/力矩与速度的曲线,建立了耦合的阻尼矩阵和附加质量矩阵.最后,基于CFD计算的水动力系数建立了Matlab Simulink动力学仿真模型,并通过水池操控实验对所建动力学模型进行了有效性验证.     

偏航工况对海上浮式风力机输出功率及叶片载荷影响的研究

海上浮式风力机的平台受风、浪、流等环境载荷的影响，经常处于偏航工作状态，对风力机气动载荷及输出功率有显著影响。应用势流理论和叶素动量理论，构建海上浮式风力机气动弹性与水动力耦合模型，对湍流风场和不规则波浪共同作用下，处于偏航状态的风力机的输出功率及叶片载荷等进行分析。研究表明，在额定风速工况下，当偏航30°时，风力机的输出功率平均值比无偏航时下降21.8%，叶根挥舞力矩平均值降低28.58%。在偏航工况时抑制平台纵荡、纵摇运动可提高风力机输出功率。     

某重型载货汽车车架柔性化建模及疲劳分析

针对某重型载货汽车车架局部出现的疲劳寿命问题,通过有限元理论生成车架的模态中性文件,并对车架进行静力分析及强度校核。利用虚拟样机技术,建立考虑车架弹性的整车刚柔耦合模型,并对刚柔耦合整车模型进行随机路面不同速度下的整车动力学仿真,提取车架关键边界载荷谱。利用S-N疲劳设计方法,选用疲劳分析软件nCode Design-Life对车架进行疲劳可靠性分析,得到车架在不同工况以及不同车速下的疲劳寿命结果及损伤位置。结果表明:车架的最小寿命满足行驶要求,并为车架的优化设计提供了理论依据。     

基于ALE方法的平底结构入水冲击动力特性研究

结构冲击入水作为一种典型的流固耦合问题广泛存在于船舶与海洋工程领域,特别是作为海洋平台简化模型的平底结构有着重要的工程应用背景和学术研究价值。本文采用ALE算法对二维弹性平底结构等速冲击入水过程进行数值模拟和分析,分别采用Lagrange单元和Euler单元来表征结构和流体,并通过耦合算法实现对流固耦合过程的模拟,分别讨论不同质量、刚度及入水速度情况下空气垫现象对结构底部压力的影响。计算结果表明,平底结构入水冲击过程中,底部边缘处压力最先达到峰值,随后沿宽度方向向中心依次出现压力峰值,且结构等速冲击入水后的运动为自由振动。冲击压力的峰值随结构质量及刚度的增大而增大,同时冲击压力峰值与速度呈线性关系,随速度的增大而增大,底部斜升角对冲击压力峰值的影响十分显著。通过上述研究为工程应用中的结构强度设计提供重要依据。     

基于Kriging响应面的活塞静态代理模型分析

以某型号柴油机活塞为研究对象,采用经验公式计算了活塞主要部位的换热系数;运用Ansys软件计算了活塞在温度载荷和机械载荷的共同作用下的等效应力;将活塞内冷油腔的长和宽作为设计变量,分析了内冷油腔尺寸对活塞在温度载荷和机械载荷的共同作用下的最大等效应力的影响,在Matlab中建立了相应的Kriging模型并验证了Kriging模型的合理性。     

考虑流固耦合的任意支撑和分支角度三通管阻抗计算方法

计算分析任意支撑和分支角度三通管轴向和横向声阻抗和机械阻抗,为管路系统噪声预报和声学优化提供支撑。首先建立直管段14方程流固耦合模型,利用拉氏变换并对方程进行推导,得到直管段14个参量频域解析解。然后结合分支点的平衡条件和边界条件,得到任意支撑和分支角度三通管的最终解,在此基础上,利用阻抗计算公式结合不同的参数解,求得三通管1个声阻抗和6个机械阻抗值。最后,通过试验验证计算方法正确性,同时对不同支撑和分支角度的三通管阻抗特性进行计算和分析。     

考虑可变刚度的CST齿轮传动刚柔耦合动力学研究

可控软启动齿轮传动系统的稳定运行能够有效保障船用电机启动的安全运行。为提高可变刚度对可控软启动齿轮传动性能的效果,以齿轮传动系统作为研究对象,应用ADAMS仿真软件建立刚柔耦合模型,并进行动力学特性分析。获得各级传动角速度曲线,将刚性体与柔性体角速度曲线进行对比,可以看出柔性化后曲线产生明显波动,刚柔耦合仿真结果与理论计算误差范围在5%以内,验证了模型的正确性。齿轮时变啮合刚度对传动系统的影响较大,通过改变不同的啮合刚度,齿轮啮合力波动明显,局部陡峭曲线的出现频率增加。