冰区航行船舶轴系时域瞬态扭振计算及软件开发

对在冰区航行船舶柴油机推进轴系运行过程中螺旋桨与冰块相互作用特点及各阶段螺旋桨冰载荷激励力矩时域特性进行研究。采用集总参数法建立扭转振动当量模型,运用Newmark-β法对基于冰载荷作用下某船舶推进轴系进行时域瞬态扭转振动理论计算与分析。基于VB.NET软件开发平台与MATLAB软件进行混合编程,开发了通用的冰区航行船舶推进轴系时域瞬态振动计算与分析的工程应用软件,并与国外软件计算报告进行对比分析,对软件的正确性进行了验证。这项研究对船舶推进轴系在极地/冰区海域的安全性运行提供了理论指导。     

基于可变油膜刚度系数的船舶推进轴系模态仿真与分析

在船舶推进轴系运行过程中,油膜力发生变化会对轴承的刚度产生重要影响.为准确描述船舶推进轴系的运行状态,分析其变化规律,以油膜动力学为基础,结合油膜刚度系数计算方法,推导出四参数可变油膜刚度系数计算方程.以某64 000载重吨散货船为研究对象,建立船舶推进轴系有限元模型,并对其进行模态仿真计算,比较分析船舶推进轴系主要阶...     

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。     

连接件不对中对轴系回旋振动的影响特性研究

船舶推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分,在航行过程中会受到多种复杂载荷的作用。文章基于轴心与质心的相对位置关系,推导了连接件不对中所导致的不平衡力,以及轴系回旋振动的受迫响应振幅数学模型。分别以转子轴系试验台及某船轴系为对象,进行了仿真计算与试验测试。计算结果表明：连接件不对中使轴系振动响应振幅提高,具有较为明显的影响。     

冰冲击载荷下螺旋桨轴系动态响应的变参数分析

螺旋桨和不同物理参数的海冰接触碰撞产生的冰载荷会对螺旋桨和推进轴系产生不同的影响,研究其对轴系的影响及轴系的响应规律可为推进轴系的设计和布置提供建议。该文基于流固耦合方法,利用ANSYS/LS-DYNA软件计算不同物理参数的海冰和螺旋桨接触碰撞时螺旋桨受到的冰载荷并分析其冰载荷的变化规律,把获取的冰载荷输入到ABQUAS,计算了对应的冰载荷下的船舶推进轴系的应力、应变值,分析了推进轴系的应力、应变值,得到推进轴系的响应规律;得出推进轴系的动态响应受冰载荷的影响较大,随着海冰径向距离的减小而增大,随海冰尺寸和速度的增大而增大,故对冰区船舶的推进装置而言,其强度有着更高的要求。     

冰载荷作用下船舶电力推进装置控制策略研究

船舶在极地海域航行时,将面对恶劣的冰载荷工况,冰-桨的相互作用致使船舶推进系统产生转速降,系统同时产生较大的扭矩波动,动力推进系统的安全受到威胁。论文以某重型破冰船电力推进系统为研究对象,建立电力推进系统转速-时间仿真模型和扭振时域动态响应计算数学模型,重点研究了冰载荷激励力矩作用时电力推进系统在不同调速控制策略下的电机转速降及轴系扭矩动态响应,通过全转速分析得到不同调速控制策略下电机转速降和轴段最恶劣冰载荷扭矩幅值随初始转速的分布规律,并对推进系统在各冰载荷工况及各冰厚条件下的螺旋桨破冰性能作出了预测,结果可为冰区电力推进装置的设计及性能分析提供参考。     

冰区航行船舶推进轴系扭转振动研究

本文以低速柴油机船舶推进轴系为研究对象,在对4叶螺旋桨单片桨叶与冰块相互作用激励力矩时域曲线基础之上,得到螺旋桨与冰块作用的总激励力矩时域曲线和频域曲线；采用集总参数法和系统矩阵法分别构建轴系振动模型和振动方程,对未考虑冰载荷和考虑冰载荷激励力矩作用下进行了轴系振动理论计算；同时通过实船测试验证了未考虑冰载荷激励力矩作用时振动数学模型和理论分析方法的正确性,对降低船舶轴系振动和提高船舶安全性具有一定的理论指导意义。     

全回转操纵时船舶推进轴系运行状态瞬态响应规律

针对船舶做全回转操纵时的瞬态工况问题,以轴系校中、油膜动力学等理论为基础,考虑螺旋桨轴承力、主机激励力和转船离心力等瞬态因素的影响,建立船舶推进轴系运行状态瞬态响应预测模型。以某64 000 t散货船为对象,进行瞬态响应计算流程设计与实船仿真计算。计算结果表明:转船离心力对船舶推进轴系运行状态响应变化影响显著,且随着转船离心力增大到某个临界值时或轴承安全间隙值较小时容易造成尾轴承异常磨损。     

基于雨流计数法及Corten-Dolan准则的轴承疲劳寿命预测

船舶轴承是船舶推进系统中的重要支撑部件,其稳定可靠的工作状态是推进轴系健康服役的重要保障。由于轴承的破坏形式主要为材料疲劳磨损引发的故障失效,故开展船舶轴承的疲劳磨损状态研究就显得尤为重要。本文针对轴承结构疲劳损伤问题,通过MATLAB软件实现雨流计数法原理的计算机语言编写,研究了四点雨流计数法对船舶轴承危险节点的动态应力分析应用,并提取出对应的循环应力载荷谱。考虑平均应力的影响,运用Gerber曲线对统计得到的循环载荷进行等寿命转化。最终利用轴承材料S-N曲线,结合Corten Dolan准则进行疲劳寿命预测计算,得出船舶轴承在相应外部循环载荷作用下的最终寿命。为轴承的设计和优化提供了理论参考依据,对船舶轴系运行管理具有重要的现实意义。     

基于船舶艉轴—油膜—艉部结构系统的碰撞载荷响应研究

船舶轴系的抗碰撞能力直接影响着其动力传递的稳定性,船舶的大尺度效应对碰撞载荷作用强度的影响也不容忽视。为此,建立基于艉轴—油膜—艉部结构系统的力学模型,研究艉轴在碰撞载荷作用下的平均冲击力、冲击振幅、轴心轨迹等参数的变化规律,分析由碰撞载荷和转速确定的轴系安全运行区域。结果表明:在不同转速区域,碰撞载荷的作用强度随载荷大小而变化的规律不同;在作用强度值一定的条件下,转速和载荷可拟合成相关曲线图谱,可以此对轴系承受碰撞载荷的能力进行快速评估。     

应用拟小波法求解旋转轴系动力响应

在考虑运转状态下轴系自身陀螺效应和所受脉动载荷的条件下,建立的微分方程组在空间和时间上是耦合的,难以采用常规方法在数值上进行精确求解。拟小波法拥有全局方法的高精度和局域方法的灵活性,适合于非线性耦合微分方程的求解,可用来求解旋转船舶轴系的动力学方程。采用拟小波求解无轴向力作用时旋转轴的动力响应,将它与解析解对比,验证了该方法的可行性和有效性。在此基础上,用该方法求解船舶轴系受到螺旋桨产生的周期性轴向力作用时的动力响应,讨论了转速和周期性轴向力的影响。计算结果表明在特定转速下轴系的位移响应会发散,呈现了周期性轴向力的影响。     

冲击载荷下船舶轴系转速与回旋振动间影响研究

船舶轴系的抗碰撞能力直接影响着其动力传递的稳定性,船舶的大尺度效应对碰撞载荷作用强度的影响也不容忽视。为此,建立基于艉轴-油膜-艉部结构系统的力学模型,研究艉轴在碰撞载荷作用下的平均冲击力、冲击振幅、轴心轨迹等参数的变化规律,分析由碰撞载荷和转速确定的轴系安全运行区域。结果表明：在不同转速区域,碰撞载荷的作用强度随载荷大小而变化的规律不同;在作用强度值一定的条件下,转速和载荷可拟合成相关曲线图谱,可以此对轴系承受碰撞载荷的能力进行快速评估。     

冰载荷下柴油机推进轴系扭振的数值方法研究

本文研究出一种可用于计算冰载荷下柴油机推进轴系扭振的数值方法。先介绍了轴系扭振Newmark时域计算方法理论,针对一个多用途船的柴油机推进轴系,应用该计算方法,对柴油机稳定运行工况下的瞬态扭振进行仿真计算,将时域与频域计算结果进行对比,验证了该数值方法的可应用性;同时,在考虑柴油机调速器的情况下,利用刚性轴模型推导出相关激励载荷,并结合上述时域方法计算了额定转速时冰载荷下轴系的扭振响应,得到了轴系的最大响应幅值,并与无冰载荷冲击下的结果进行对比分析。     

船舶推进轴系的回旋振动特性分析

推进轴系是船舶连接发动机与螺旋桨的动力传输装置,也是保障船舶动力系统正常运行的关键装置,推进轴系的振动一方面会产生大量的噪声,对船舶工作人员的生活环境造成影响,另一方面,船舶轴系的振动也会导致轴系零部件的结构失效,引发严重的事故。为了系统地分析船舶推进轴系的回旋振动特性,本文首先建立轴系的振动模型,然后基于傅里叶级数展开的方法对推进轴系的回旋振动特性进行计算与仿真。     

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.     

船舶推进轴系扭转振动影响因素分析

船舶推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分,在载荷的作用下,产生扭振。根据轴系扭振的基本原理,分析了船舶推进轴系产生扭振的原因,在此基础之上,分析各个因素对扭振特性的不同影响效果,从而为推进轴系的避振减振提供参考。     

基于运行模态分析的船舶推进轴系状态监测

论文提出一种基于运行模态分析(OMA)的新的船舶推进轴系状态监测方法。论文以船舶推进轴系试验台为试验对象,获取轴系运行时不同加载工况下的扭振信号,利用基于数据的随机子空间法(DD-SSI)识别扭振的固有频率,并与已知的试验模态分析(EMA)识别的轴系静态时同一加载工况下的结果进行对比,验证运行模态分析识别结果的准确性,并研究不同加载工况下轴系扭振固有频率随加载工况的变化规律。试验结果表明,运行模态分析能够准确识别轴系的扭振固有频率,且扭振固有频率的增量与加载量呈正相关,因而运行模态分析可以用作一种新的船舶推进轴系状态监测方法。     

冰载荷冲击下的船舶推进轴系瞬态扭转振动响应分析

传统的推进轴系扭转振动响应计算聚焦于稳态响应,而传递矩阵法、系统矩阵法,可以取得满意的稳态计算结果,但无法处理冰区船舶、海洋工程船舶所遇到的变载荷、变惯量等瞬态工况。为了克服频域扭振计算方法在处理瞬态条件扭振问题的局限性,使用 Newmark 法从时域求解轴系扭转振动微分方程组,基于该算法对某船推进轴系在冰载荷作用下的瞬态响应做了数值计算。其结果表明,在冰载荷冲击下,轴系瞬态扭矩比稳态扭矩大;通过时频分析,在冰载荷作用期间,出现了明显的螺旋桨叶频激励,因此须避免冰载荷激励产生轴系扭转振动的叶次共振。 Newmark 法扭振计算结果与实船测试结果对比表明,该方法在稳态响应计算和时域曲线上都与实际测量结果基本一致,具有工程实用性。     

轴系运转状态校中分析及在9000 DWT多用途船上的应用

船舶轴系校中计算是轴系正确安装的重要依据,而轴系的合理安装关乎船舶的安全营运.实践证明,船舶运转状态校中分析更接近于船舶实际运行情况下的轴承受力情况,对合理校中具有重要的补充作用.通过对9000 DWT多用途船舶轴系校中的实例分析,介绍轴系运转状态校中分析的基本方法,进而校核轴承实际受力位置和齿轮受力情况.     

船舶轴系的合理轴承间距的研究

在综合考虑轴承许用比压、轴承安装误差以及轴系横振等限制条件下,以船舶轴系的轴承负荷分配的合理性为目标,分析了船舶轴系的合理轴承间距问题,给出了轴系计算模型及方法,并以SDTS船舶轴系实验台为例进行计算,得到了轴系合理轴承间距下的优化校中状态,轴系热态运行工况明显改善。