艉部激励对船舶推进轴系回旋振动的影响分析

船舶推进轴系作为整个船舶动力装置的重要组成部分,其稳定运转对于船舶的安全航行具有重大意义。然而推进轴系在实际运转过程中,会受到各种各样的艉部激励作用,进而引发轴系回旋振动。本文以某型船舶推进轴系为研究对象,将轴系受到的艉部激励分解为垂向、横向、轴向的三个分量,通过在艉轴承对应节点处计入相应方向的载荷来模拟艉部激励的不同分量,利用ANSYS计算从单向艉部激励分量和多向艉部激励分量共四种工况来探讨艉部激励对轴系回旋振动的影响规律。结果表明：艉部激励垂向分量、横向分量均可以激起轴系的回旋振动,且垂向分量比横向分量的影响更大;而艉部激励轴向分量对轴系回旋振动没有影响。0～100 Hz的频率范围内,回旋振动的共振幅度随共振频率的增加而增大;在多个方向的艉部激励分量同时作用下,轴系在垂直方向与水平方向的振动响应是一致的。     

艉部激励对船舶推进轴系回旋振动的影响

以某型船舶推进轴系为研究对象,将轴系受到的艉部激励分解为垂向、横向和轴向的3个分量,通过在艉轴承对应节点处计入相应方向的载荷来模拟艉部激励的不同分量,利用ANSYS计算从单向艉部激励分量和多向艉部激励分量共4种工况来探讨艉部激励对轴系回旋振动的影响规律。结果表明:艉部激励垂向分量、横向分量均可以激起轴系的回旋振动,且垂向分量比横向分量的影响更大;而艉部激励轴向分量对轴系回旋振动没有影响;0 Hz~100 Hz频率范围内,回旋振动的共振幅度随共振频率的增加而增大;在多个方向的艉部激励分量同时作用下,轴系在垂直和水平方向的振动响应是一致的。     

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。     

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。     

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。     

艉轴大跨距轴系校中计算

中、小型船舶吃水较浅,其螺旋桨转速快、直径小、重量轻,一旦艉管前后轴承跨距较大,艉管后轴承支点位置就将超出标准给定的范围。本文基于有限元法,将轴系简化为Timoshenko梁单元建立有限元模型,考虑船舶轴系实际安装间隙和基于赫兹接触理论计算的载荷-刚度曲线,使用不同支撑位置和多种支撑模型对艉轴大跨距轴系进行校中计算对比。研究发现,对于艉轴大跨距的轴系,CB/Z 338-2005中对艉管后轴承支点位置的取值已不适合。如果轴承支点选取准确,则单点刚性支承、单点弹性支承、多点非线性弹性支承的轴承负荷计算结果相近。     

船舶艉轴承的工作特性分析

根据某近海拖轮的推进系统,将其轴系进行分析和简化,并利用有限元软件ANSYS建立轴系横向振动的有限元模型,并分析船舶艉轴承发生磨损的原因。如果艉轴承支撑位置安装不当以及螺旋桨激励力的影响,会使轴承负荷分配不均,引起超负荷轴承的过度磨损。而艉轴承的过度磨损则会引起其支承长度的变化,不同位置轴承支承长度的变化对轴系固有振动特性的影响也不同。     

船舶推进轴系弯—纵耦合效应的非线性振动特性

[目的]大型船舶的推进轴系一般具有轴系长、跨度大、细长比小等特点,其弯曲变形与纵向变形之间易存在弹性耦合效应,从而引起轴系异常振动,影响轴系的安全稳定运行。为了研究轴系弯—纵耦合的非线性振动特性,[方法]利用变分原理推导轴系发生弯—纵耦合时的非线性振动方程,采用有限元法(FEM)、打靶法等数值方法,以及多尺度法等近似解析方法对非线性方程进行求解,并对比分析弯—纵耦合效应对轴系非线性振动特性的影响。[结果]计算结果表明:弯—纵耦合效应将导致轴系响应中出现多频响应、跳跃现象、能量迁移等复杂的振动现象,同时将增加轴系弯曲方向和纵向方向的固有频率。[结论]研究成果可为大型船舶推进轴系的工程设计提供参考。     

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。     

艉轴承刚度等效形式对轴系横向振动特性的影响北大核心CSCD

[目的]由于船舶艉轴承的长径比较大,将其简化为传统的单点支撑等效模型难以反映出轴承的实际运行情况,因此有必要探讨艉轴承等效形式对轴系横向振动特性的影响。[方法]首先,基于能量原理,引入改进傅里叶级数方法描述推进轴系的横向振动位移,构建可用于单点、多点和连续分布式支撑的多种等效形式的推进轴系横向振动特性计算模型;然后,分别分析由液膜压力等效的支撑刚度变化对轴系横向振动特性以及螺旋桨激励对轴系振动响应的影响;最后,与文献和采用有限元方法(FEM)计算的结果进行对比,验证所提模型的正确性。[结果]结果显示,多点支撑的计算结果收敛于连续分布式支撑计算结果,螺旋桨激励下轴系响应受转速影响。[结论]研究表明,可采用三点支撑等效形式研究液膜压力分布对推进轴系横向振动特性的影响,所构建的计算模型收敛性好、计算精度高、代价低。     

船舶轴系异常噪声分析及控制

分析某船舶在低速航行时艉轴的异常噪声,通过故障排除和理论分析的方法研究了轴系异常噪声的根源和产生机理：船舶轴系受多个载荷作用,导致船体、螺旋桨轴和艉轴承产生变形,在艉轴承中心线与螺旋桨轴颈中心线之间形成一个变形角,船舶在低速航行时,轴系变形产生的回旋运动对艉轴承润滑性能的影响以及二者之间的相互耦合是轴系产生振动并产生噪声的根本原因。同时提出船舶在设计、生产及使用过程时避免轴系声响的控制方法。     

某电力推进轴系横向振动影响因素分析

通过数值分析的方法研究动态因素对某电力推进轴系横向振动的影响,介绍运用传递矩阵法对船舶轴系进行横向振动分析的基本原理,结合某电力推进轴系实际情况,建立轴系计算模型,用Matlab编写了基于传递矩阵法的计算程序,对影响轴系横向振动的轴承刚度、艉轴后轴承支撑位置以及陀螺力矩三个因素进行计算分析,得到这些因素在不同条件下对轴系临界转速的影响。     

大型船舶推进轴系校中多点非线性弹性支承模型研究

文章研究了大型船舶推进轴系校中多点非线性弹性支承计算模型的建立方法.通过采用Timoshenko梁单元对船舶推进轴系进行有限元法建模,研究了轴系校中过程中水润滑轴承多点弹性支承、轴承变位和非线性支承刚度的处理方法.最后,分别采用多点非线性弹性支承模型、多点刚性支承模型和单点非线性弹性支承模型对某大型船舶轴系进行校中计算.研究发现,多点非线性弹性支承模型优于另外两种模型,可以较好地描述艉部水润滑轴承处负荷的实际分布情况.     

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。     

船舶轴系振动激励特性试验研究

船舶轴系振动会降低轴系的可靠性和使用寿命，开展轴系振动监测能及时发现故障隐患并避免重大事故发生。文章研究了船舶轴系不同激励源的激励特性，介绍了2种主要的船舶轴系振动监测方法并在中间轴承上开展轴系振动测试。基于实船监测数据，分析了波浪、轴、螺旋桨激励对轴系中间轴承振动的贡献率，数据表明，在较低工况下，轴自身激励占主导，随着转速工况的增加，螺旋桨激励影响逐渐上升，并且越靠近轴系艉部，影响越剧烈。     

船舶艉轴承动态工况润滑特性分析

将平均流量Reynolds方程与G-T接触理论相结合,建立了船舶在动态工况下综合考虑轴系艉轴承的载荷、转速变化及表面粗糙度影响的混合润滑与接触问题的数学模型.通过编写相应的数值求解程序,分析了启动和变工况运行两个动态过程对艉轴承的润滑油膜压力、油膜厚度及表面粗糙峰承载量等润滑参数的影响.该方法能够准确而快捷地对各种船舶艉轴承的润滑性能做出预测和评估,从而对艉轴承的设计与失效分析提供一种有效的途径.     

船舶艉轴承刚度和螺旋桨陀螺效应对轴系回旋振动特性影响的分析

当船舶轴系运行工况恶劣时,由于轴系后尾轴承与轴颈之间润滑不佳,使得轴承刚度发生较大变化,处于各向异性状态,这会影响轴系回旋振动特性。文章针对某大型集装箱船,在计入螺旋桨陀螺效应的基础上,借助于有限元ANSYS软件,研究了后艉轴承水平刚度单独变化对回旋振动固有频率、临界转速和振动响应的影响。其主要结果表明,后艉轴承水平方向刚度单独降低时,该方向上的横向振动固有频率降低,逆回旋振动固有频率在此基础上进一步降低;其轴频、叶频和倍叶频的正逆回旋临界转速和回旋振动响应均与各向同性时不同。     

支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究

针对支撑参数改变轴系振动特性问题,建立轴系-轴承-基座系统分析模型,研究轴承支撑刚度、基座支撑刚度等支撑参数对系统振动固有特性、振动传递特性的影响规律,并提出轴系减振设计参数控制方向。分析结果表明：轴系横向振动模态频率对轴承刚度、基座刚度在某些区间较为敏感;轴系横向振动部分稳定模态频率不随支撑参数改变;螺旋桨轴承强基座刚度、弱轴承刚度,有利于降低螺旋桨横向激励力通过轴系向螺旋桨轴承的传递;舱内油润滑轴承支撑参数改变对降低螺旋桨轴承处的振动传递影响较小。     

支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究

针对支撑参数改变轴系振动特性问题,建立轴系-轴承-基座系统分析模型,研究轴承支撑刚度、基座支撑刚度等支撑参数对系统振动固有特性、振动传递特性的影响规律,并提出轴系减振设计参数控制方向。分析结果表明:轴系横向振动模态频率对轴承刚度、基座刚度在某些区间较为敏感;轴系横向振动部分稳定模态频率不随支撑参数改变;螺旋桨轴承强基座刚度、弱轴承刚度,有利于降低螺旋桨横向激励力通过轴系向螺旋桨轴承的传递;舱内油润滑轴承支撑参数改变对降低螺旋桨轴承处的振动传递影响较小。     

轴承刚度及间距对水下结构声振特性影响研究

为掌握轴承刚度及间距对水下结构振动声辐射的影响,本文建立了桨-轴-壳体简化模型,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,分析了不同轴承刚度及间距下壳体结构的声源级曲线。结果表明：轴承刚度越大,水下结构的辐射总声级越大;螺旋桨横向力激励下艉后轴承刚度对水下结构声辐射影响最大,艉前轴承次之,推力轴承影响最小;轴承间距变化对水下结构的声辐射影响不大,但容易改变推进轴系的振动状态。