船用齿轮箱的有限元振动特性分析和试验

主要介绍船用齿轮箱的振动激励力分析、多级齿轮传动系统和箱体的有限元建模,以及箱体表面的振动特性计算,试验验证了模型和计算方法的正确性。研究表明:有限元分析为齿轮箱振动特性的分析提供了有效的分析方法。     

大功率船用齿轮箱传动系统和结构系统耦合特性分析

船用齿轮箱是船舶轮机系统的重要组成部分,其动态性能的好坏直接影响系统的性能,因而开展船用齿轮箱动态特性研究具有重要的意义。文章对某大型船用齿轮箱的固有特性进行分析,通过轴承支撑把传动子系统和结构子系统两者耦合起来,建立齿轮—转子—轴承—箱体耦合系统动力学模型。采用有限元软件中的Lanczos方法对齿轮箱系统固有特性进行了计算,得到固有频率及其振型,通过分析齿轮系统的激励频率,得出传动级离合器齿轮在工作过程中造成了较大的振动和噪音,与实际相符。     

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。     

行星齿轮减速器振动噪声特性仿真分析

针对某功率分流式行星齿轮减速器,应用LMS Virtual.Lab软件建立其刚体动力学模型,通过动力学仿真分析得出轴承部位的动载荷时域曲线。进一步建立行星减速器的有限元模型,通过FFT变换将动载荷转化成频域载荷加载到有限元模型中,应用有限元方法求解得出行星减速器箱体的强迫振动响应特性;并结合有限元和无限元方法建立行星减速器箱体外声场计算模型,加载箱体的振动作为边界条件;通过仿真分析明确了行星减速器的振动噪声特性;可为行星齿轮减速器开展减振降噪优化设计提供技术支撑。     

船舶减速器的振动监测和减振技术

齿轮箱减速器是船舶动力系统的关键组成部分,起到减速与速度调节的作用,减速器的多对齿轮相互啮合,且通过一定的传动比实现调速功能。由于船舶减速器存在刚度误差、啮合误差等,在减速器实际运行过程中可能会产生多种振动激励。减速器的振动不仅会影响减速器的使用寿命,造成结构的破坏,还能产生大量噪声,影响船员的正常工作。本文针对船舶减速器的振动激励和响应问题,通过数学建模和有限元分析技术,对减速器的振动监测与减振技术进行了详细的研究。     

传动齿轮箱体的振动模态分析

齿轮传动装置是舰船的主要振动和噪声源之一,本文在建立传动齿轮箱体模态试验的理论模型和试验模型后,采用移动锤击法采集各点的冲击数据和响应数据.用最小二乘复指数法识别出箱体的模态参数,并与有限元计算结果进行了对比分析,证明本文所采用的研究齿轮传动箱振动模态的方法是行之有效的.     

某行星齿轮减速器箱体改进研究

针对某行星传动齿轮减速器振动大的问题,通过振动测试,得到减速器的固有频率和振动速度频谱图,发现造成减速器振动偏大的原因,进而运用有限元分析软件寻求有效的改进方案.根据测试结果,对有限元计算模型进行反复修正,最终掌握了合理的有限元建模分析方法.通过对减速器箱体进行结构改进,采用验证过的有限元分析方法进行减速器固有频率计算,最终确定了对箱体进行结构改进的有效方案.     

船舶水下辐射噪声特性研究

本文采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对船舶水下辐射噪声特性进行研究.首先应用五种类型的有限单元建立了接近于真实船舶结构的有限元模型(包括机舱动力设备),并应用有限元法完成了流-固耦合状态下,船舶结构振动位移响应数值计算.然后将有限元模型的外表面处理成边界元模型,并由船舶外表面位移响应计算得到用于水下辐射噪声计算的速度边界条件.最后利用边界元技术对船舶水下辐射噪声特性进行研究.本文预估了仅考虑推进柴油机激励、柴油发电机组激励、齿轮箱激励以及所有激励情况下的船舶水下辐射噪声,并将其数值计算与实际测量结果比较,比较结果符合良好.     

舰船行星齿轮减速箱的阻尼特性

大功率行星齿轮减速箱是船舶轮机系统的重要设备之一,由于减速箱在工作中承受的载荷大,且转速高、工作环境复杂,因此,舰船行星齿轮减速箱往往会出现噪声、振动和失稳等问题,影响舰船的正常运行。阻尼特性是弹性材料的一种特性,基于阻尼特性进行机械结构设计具有改善振动与噪声等优点,本文首先针对舰船行星齿轮的阻尼系统进行了阻尼建模,然后基于Ansys和Hypermesh等软件进行了行星齿轮减速箱的建模和有限元仿真,对改善行星齿轮减速箱的振动噪声等性能有重要的作用。     

大功率船用齿轮箱系统热弹耦合分析

研究齿轮传动热平衡状态及齿面接触温度是高速重载齿轮传动的重要研究课题之一。论文利用热弹耦合方法,建立了某大型重载船用齿轮箱齿轮—轴—轴承—箱体耦合系统有限元模型。研究齿轮系统热平衡过程,结合齿轮传动的传热学、摩擦学及啮合原理确定边界条件,对系统进行了数值仿真,得到了系统耦合应力场及温度场,结果表明考虑热弹耦合后齿根应力增大了6.3%,接触应力增大11.5%,可为大功率船用齿轮箱参数、优化及润滑散热系统的合理设计奠定基础。     

基于IWO算法的轴系—基座—壳体系统声辐射优化研究

针对轴系-基座-壳体结构复杂,对于激振力引起的结构表面声辐射尚未形成一套有效的计算和优化方法,文章尝试通过功率流有限元和声学边界元方法,对系统声优化问题进行了研究。在直线校中状态下,用相应单元模拟系统中减振器、隔振器和吸振器,建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,利用有限元转子动力学,计算系统某特定工况下频率响应。在此基础上采用IWO算法,以各减振单元参数为设计变量,以传递路径的总功率流为目标函数进行优化,最后利用声学边界元方法对优化结果进行对比分析。结果表明,将流经路径总功率流替代场点声压为目标函数,不仅能将问题简化大大减少计算量,还能为系统减振降噪提供有效的优化计算方法,具有重要工程应用价值。     

螺旋桨梢涡及梢涡空泡数值模拟

以PPTC(Potsdam Propeller Test Case)桨为研究对象,探索了螺旋桨梢涡及梢涡空泡的数值模拟方法。通过梢涡区域的划分及网格加密,对螺旋桨无空化流场进行了数值模拟,成功捕获了梢涡;然后基于均质混合流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对空化流场进行了数值模拟;并将计算结果与试验数据进行了广泛的比较和分析,以校验计算网格和计算方法。研究表明:无论片空泡还是梢涡空泡的计算结果均与试验观测吻合良好;同时,所得螺旋桨推力和扭矩系数也与试验值符合良好;有效地实现了梢涡捕捉及梢涡空泡模拟。同时指出,水中含气率对推力和扭矩系数的影响大于空泡形态。     

深水钻井平台-隔水管系统波激疲劳分析

平台运动是深水钻井隔水管系统波激疲劳的主要来源之一。传统的隔水管波激疲劳分析不考虑或简化钻井平台运动,为了更精确地评估隔水管系统波激疲劳损伤,建立了深水钻井平台-隔水管耦合系统动力学模型及波激疲劳损伤评估方法,开展了动力定位和锚泊定位模式下的隔水管系统动力学响应及疲劳损伤分析,深入揭示深水钻井隔水管系统波激疲劳动力学特性。结果表明,两种定位模式下的平台-隔水管系统受波浪载荷的影响,在常规波浪频率范围内发生波频振动,锚泊定位模式下的平台-隔水管系统还呈现一定的低频特性;两种定位系统下的深水钻井隔水管系统疲劳损伤最大值均发生在隔水管系统顶部,锚泊定位模式下的隔水管系统波激疲劳损伤变异系数较大,动力定位系统下的隔水管系统波激疲劳损伤较大。     

FPSO内孤立波载荷特性数值研究

文章将KdV、eKdV和MCC内孤立波理论应用到内孤立波数值模拟水槽入口速度条件计算,讨论内孤立波与浮式生产储卸油装置FPSO强非线性作用问题。结果表明,数值模拟所得FPSO内孤立波水平载荷、垂向载荷及力矩与实验结果相吻合,内孤立波载荷主要由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,粘性压差力很小,可以忽略;在水平载荷中,摩擦力较压差力约小一个量级,流体粘性的影响不可忽略;在垂向载荷中,摩擦力比压差力小很多,在分析时可以忽略流体粘性的影响。由于FPSO始终处于上层流体中,对内孤立波的模拟波形和其诱导流场的影响很小。波浪压差力可利用傅汝德-克雷洛夫公式基于动压力进行计算,而水平载荷中的摩擦力则需根据内孤立波诱导速度的切向分量对FPSO吃水湿表面求积分的方法进行计算。     

含惯性摆发电装置之浮标的水动力分析

文章利用拉格朗日方程推导了含惯性摆波能发电装置之浮标在规则波作用下的七自由度运动方程。为了验证所推导公式的正确性,制作了一个物理模型,并对无负载阻尼工况在水槽中进行了模型试验。借助商业软件AQWA-LINE计算浮标的附加质量、辐射阻尼系数及波浪扰动力。利用文中推导的方程,计算了浮标及摆锤的运动响应,并将理论计算得到的结果与实验结果进行了比较。最后,分析了负载阻尼系数对浮标纵摇运动、摆锤纵摇运动、摆锤相对纵摇运动及波能转换效率的影响。     

肋骨非均匀排列的圆柱壳振动特性研究

研究了肋骨非均匀排列对加肋圆柱壳振动特性的影响。首先,以安德森定域效应的原理为基础,肋骨间距为随机分布,分析了肋骨非均匀排列时圆柱壳的振动特性,然后,采用两种肋骨间距,交替排列,构造整个圆柱壳的肋骨不等间距排列形式,两种肋骨间距的确定方法是:保持两种肋骨间距的总和不变,逐步增大两者的间距差,从而增加相邻的肋骨间的两个圆环结构的固有频率差,直至固有频率差趋于不变,最终确定了两种肋骨间距。分别计算并对比分析了肋骨等间距和不等间距排列的圆柱壳的均方振速,结果表明:肋骨不等间距排列具有一定的减振效果。     

有限长水翼在侧斜来流中激振力响应函数研究

文章针对有限长水翼在湍流中的非定常问题,分别建立流动系数不同的两向波谱函数描述三维湍流场,并推导了有限长水翼的响应函数。将计算结果分别与实验值进行对比,发现与实验结果吻合较好。在此基础上对来流速度存在攻角和侧斜角情况下的响应函数进行了研究,发现来流攻角并不影响响应函数。在来流存在侧斜的情况下,侧斜角在低频区间内会使响应函数增大;在高频区间内使响应函数衰减更快。同时还得出了湍流尺度的增大会加剧来流侧斜角对响应函数影响的结论。     

科学考察船空调通风系统减振降噪设计

科学考察船的空调通风系统噪声不仅会影响到科学家进行海上实验,而且对船员的工作、生活也有很大的影响,故空调通风系统减振降噪是科学考察船的重要工作之一。该文结合“东方红3”号实船,介绍了该类船的空调通风系统减振降噪的特殊性,同时提出通风系统减振降噪设计的方法和措施,为科学考察船以及类似船舶空调通风系统减振降噪技术研究提供一些参考。     

扰流片式推力矢量控制的气动力学研究

文章基于气动力学中激波的相关原理,通过数值模拟研究了扰流片式推力矢量控制的工作原理、燃气流动偏转以及燃气与扰流片之间的相互作用。以减小扰流片侧向引起的推力损失为目的,基于膨胀波及超声速普朗特-迈耶流动的基本原理,获得了减小扰流片对燃气核心射流影响的基本方法,并通过数值模拟验证了R-73扰流片式推力矢量控制气动设计的合理性,获得了其扰流片、致偏装置的基本设计原则。     

两栖登陆作战后勤保障研究

两栖登陆作战后勤保障能力是决定两栖登陆作战成功与否的关键因素,与战略、战术具有同等重要地位。文章着重分析外军两栖登陆作战后勤保障能力及典型登陆作战后勤保障案例,明确两栖登陆作战后勤保障内容、特征及主要考虑因素,总结两栖登陆作战后勤保障的主要形式,并提出我国两栖登陆作战后勤保障发展的若干建议。