有限元分析在船舶轴系设计中的应用

使用Abaqus软件建立船舶轴系中间轴的模型,通过有限元方法计算轴法兰过渡处的应力集中系数,分析应力集中系数与轴系扭振计算结果之间的关系。相比于单圆弧过渡,三段式圆弧过渡将应力集中系数减小了20%,持续运转扭振许用应力提高了38%,瞬时运转扭振许用应力提高了17%。运用有限元分析方法检验校核了船舶轴系设计的合理性。     

某船舶推进轴系扭振计算分析

提高轴系扭振计算精度,必须有精确的原始参数,以准确掌握船舶轴系扭振情况。在有限元分析软件中,建立曲柄半拐等的三维模型,用有限元分析方法精确的确定了各质量、轴段的转动惯量、扭转刚度等精确原始参数。基于建立的实船轴系当量系统,计算出了各结自由振动的频率及对应的共振转速,自由端和飞轮输出端的振幅,分析了轴段应力和扭矩随曲轴转角及转速的变化关系。结果表明在整个转速范围内,扭转振幅小于限定值,轴段的最大扭矩和应力均小于材料许用值,本船舶轴系扭转振动状况是良好的。     

基于ANSYS的传动轴应力集中系数优化

针对非冰区船舶进行冰区改造轴系计算时传动轴的瞬时扭矩超出轴的极限扭矩的问题,提出一种通过优化法兰与轴的过渡圆角来减小轴应力集中系数的有限元计算方法.以208000 DWT散货船传动轴为例,进行法兰和轴的过渡圆角优化分析,结果表明,法兰和轴采用多圆弧连接形式比单圆弧连接形式更能有效减小轴的应力集中系数,且多圆弧过渡形式中过渡圆角和半径对应力集中系数有明显影响,通过有限元对过渡圆角和半径进行优化计算,得到了最佳的多圆弧连接方式.     

船舶柴油发电机组轴系扭转振动影响因素

扭转振动是船舶柴油发电机组固有特性,在机组设计工作中,需分析轴系固有自振频率、各轴段扭振应力、发电机轴电位角和联轴器变动扭矩等,对比计算结果与各自的许用限值,确保轴系运转安全可靠。以典型机组为例,分析机组轴系各部位参数变化对轴系扭转振动的影响,为轴系改进设计提供方向性指导。     

运行船舶轴系扭振特性与转速禁区的试验研究

介绍一种船舶试航时扭振测量方法,简要叙述了其工作原理.通过分析船舶试航时扭振特性,将轴系扭转应力对比于持续扭转许用应力及瞬时扭转许用应力,确定主机转速禁区.并以57000t＂MY WAY＂号散货船为例,简要介绍其主机转速禁区确定方法.     

船舶轴系扭振计算中若干问题的研究

对船舶轴系扭振计算中最为主要的公式,平均指示压力、气体力所产生的干扰力矩、外阻尼等进行探讨和修正。完善了船舶轴系扭振计算,提高扭振计算的精度。对MAN B＆W 90MC型柴油机实例计算及实船测量结果表明,平均指示压力降低了5．3％,气体力所产生干扰力矩降低了3．1％,外阻尼降低了8．29％,而船舶轴系扭振应力的计算精度也相应地提高了3．23％。     

某大型沿海散货船轴系扭振方案比较分析

以某59 900 t大型沿海散货船轴系为研究对象,依据船舶轴系扭振基本原理,结合中国船级社规定的中间轴、螺旋桨轴许用应力值,比较分析了推进轴系增加重飞轮、调频轮、扭振减振器,以及改变中间轴直径和材料抗拉强度等不同组合方案下中间轴扭振应力情况,特别考虑主机在恶劣海况下通过转速禁区的功率裕度要求.结果表明:方案5最为理想,...     

基于ANSYS的长轴系扭转自由振动仿真计算

应用ANSYS有限元软件,完成了8,530TEU集装箱船轴系扭振当量建模及自由扭振仿真计算,并与三井造船、中国船级社的计算结果进行了对比,验证了有限元建模计算的正确性。仿真结果表明,轴系的1～6阶扭振固有频率均高于其额定轴频(1.73Hz),不会发生共振;轴系的最大扭振应力多出现在靠近各阶振型结点及轴段较细处。     

船舶轴系扭振计算和测试实例分析

船级社规范对轴系扭振提出了计算和实测的要求。本文对若干轴系固有频率的实测值与计算值不一致的船舶进行了分析，并给出了对影响其相应计算精度的减振器、曲轴、联轴节刚度等扭振参数进行了修正的实例；通过实测，对无阻尼自由振动计算的振型精度亦进行了分析，按振型推算系统响应超规范要求的船舶，可根据实测振幅来调整阻尼参数并用解析计算法来评价轴系扭振特性。结果表明，精确测定出系统的固有频率和振幅，从而核定轴系的扭振参数，是提高扭振计算精度的关键所在。     

冰区船舶柴油机推进轴系瞬态扭振计算研究

对冰区船舶推进轴系时域扭振建模方法进行阐述,归纳了扭振计算的流程,并对计算中的关键问题及影响因素进行了探讨。应用Newmark-β逐步积分法和MATLAB求解工具,进行了轴系瞬态扭振仿真计算。螺旋桨轴最大扭矩幅值的计算结果与国外计算报告的相对偏差为0.82%,验证了计算方法和程序的正确性,可为冰区船舶柴油机推进轴系瞬态扭振计算提供参考。     

某型船用大功率柴油发电机组轴系扭振分析及惯量盘设计

基于轴系扭振计算分析,对某型船用大功率柴油发电机组轴系加装惯量盘,使其扭转振动固有频率低谐次避开工作转速区,消减机组运行安全隐患,并借助三维造型和有限元分析优化惯量盘结构设计。     

船舶复杂轴系扭转振动建模及动力学分析

针对船舶复杂轴系结构,提出一种基于能量法的轴系扭转振动建模及动力学分析方法。该方法对船舶复杂轴系中的典型结构进行统一能量化描述,如联轴器、齿轮、负载等,并结合弹性轴的能量函数构建轴系结构的拉格朗日能量泛函;然后,利用最小二乘法和广义变分法,对轴系角位移展开项系数进行求解,从而建立适用于船舶复杂轴系结构的扭转动力学模型。通过与有限元方法计算结果相比较来验证该建模方法的准确性,并利用该方法分析连接刚度和负载转动惯量对整体轴系扭振特性的影响,以期为船舶复杂轴系设计提供一定参考。     

提高轴孔连接结构承载能力的设计方法

文章针对轴孔连接结构提出了一种改善轴孔接触特性来提高承载能力的方法。以工程中通用的螺栓连接结构为例,建立接触分析模型,应用Persson接触理论和优化分析方法,通过优化耳片孔接触面的曲面形状和曲面参数实现了降低轴孔接触区最大接触应力及改善其分布梯度的目的。针对优化后的耳片孔接触曲面设计结果,利用有限元素法建立了螺栓耳片连接结构模型,分析验算了接触应力。结果表明,优化分析的解析法和有限元素法的计算结果基本一致。连接结构优化设计后,接触区最大应力降低50%以上,应力分布梯度明显改善,提高了其承载能力。     

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。     

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。     

新型艉轴密封装置的有限元分析与设计

利用ANSYS软件对新型艉轴密封结构进行了有限元分析。首先利用非线性壳单元、层合壳单元以及实体单元建立了艉轴密封结构的有限元模型,在此基础上确定了弹簧金属片的最大应力区域、得到了弹簧组结构的刚度曲线、补偿量-比压曲线,最后对艉轴密封结构在轴向、径向周期激励共同作用下的振动特性进行了分析,并讨论了弹簧金属片形状及厚度对结构密封性的影响。数值结果表明了该新型艉轴密封结构的实用性。     

凸轮发动机轴系扭振模态综合分析

本文采用模态综合技术对凸轮发动机轴系进行扭振分析，即根据凸轮发动机的结构针基划分为若干具有简单形式匠子结构，各子结构用有限元法进行计算，选取各子结构的低阶模态参加综合，从而提高分析效率。在要机上进行了扭振测量，并在和试验的基础上对凸轮发动机轴导振特性进行了初步探讨。     

冰区加强船冰载荷仿真计算与轴系设计

根据船舶的冰级符号与母型船的原始设计,进行极限冰载荷计算并确定轴系直径,然后在频域内进行扭振计算,满足稳态扭振要求;在此基础上,进行瞬态扭振计算,得到时域内的轴系响应扭矩,对相关参数进行校核。     

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。