船舶艉轴架系统建模及振动特性分析

研究艉轴架系统的动力学特性对艉轴架设计、船舶设计及船舶尾部的振动控制具有重要意义.数值仿真是研究的重要手段之一,而合理有效的模型则是正确分析的基础.为此,在传统艉轴架系统梁模型的基础上,分别采用弹性连接梁模型、体一梁混合模型以及船体一艉轴架系统耦合模型对艉轴架的横向振动特性进行分析,并以试验测试数据为基础,对上述模型计算所得结果进行评价.结果表明：边界条件和构件连接方式对艉轴架的振动固有频率影响较大;在模型适用性上,弹性连接梁模型在工程计算中较以往的梁模型更合适,船体一艉轴架系统耦合模型适用于要求精度更高的研究.     

考虑艉轴架结构刚度耦合的艉轴架强度计算

通过分析现行规范关于艉轴架强度的计算理论,发现该理论未考虑艉轴架结构刚度耦合作用。因此,针对艉轴架结构的受力特性,建立考虑艉轴架刚度耦合的艉轴架反力计算模型,推导出考虑艉轴架刚度耦合作用的内力计算公式,定义描述结构刚度耦合作用的"广义刚度比"参数,并将该公式与现行计算公式进行无量纲化对比。以某船艉轴架结构为例,对其分别采用有限元模型仿真、本文计算理论和现行不考虑艉轴架刚度耦合的计算理论等3种方法进行定量计算,并提出艉轴架扭转刚度的计算方法。结果表明:基于本文考虑耦合的内力计算理论的计算结果与有限元仿真结果符合良好,不考虑耦合的现行计算理论的计算结果与有限元仿真计算结果相差较大;现行不考虑耦合的内力计算理论使艉轴架截面内应力计算结果偏大,且随着"广义刚度比"的增大而严重,从而可能导致"艉轴架结构强度的过度设计"。     

基于有限元法的艉轴静态计算与模态分析

船舶轴系的工作状态对主推进动力装置甚至整个船舶的正常运转起到至关重要的作用,艉轴部分与螺旋桨直接相连,运转工况多变、影响因素复杂。利用基于ANSYS APDL的有限元法,对某实船艉轴通过位移约束、弹簧单支点约束和弹簧三支点约束条件施加的方式进行轴承模拟建模,并进行静态校中计算和模态分析,得到不同约束条件下静态和模态的各项状态参数计算结果,分析不同轴承建模方法下的静态计算结果差异和模态频率与振型,为轴系校中计算、船舶艉轴设计及故障诊断提供参考。     

基于ANSYS的高速艇艉轴架轴系振动响应分析

针对高速艇艉轴架轴系振动的问题,建立三维有限元模型,应用ANSYS软件对其结构振动响应进行分析预报。通过静力计算、模态求解、谐响应分析、时间历程处理、扩展位移解及查看扩展解,对该艇的舷外艉轴架轴系结构振动响应进行全面评估。     

基于ANSYS的水润滑橡胶艉轴承模态及谐响应分析

文章采用三维建模软件Solidworks对水润滑橡胶艉轴承进行几何建模,并导入ANSYS Workbench中建立有限元模型。通过对水润滑橡胶艉轴承进行十阶模态分析,结果表明轴承的各阶固有频率分布非常密集,其低阶模态主要取决于内衬的固有特性。为了进一步得到轴承在某一频率范围内的振动情况,对其进行了谐响应分析,计算出轴承易发生共振的频率、应力幅值,为水润滑橡胶艉轴承进一步设计优化和使用中避免发生共振提供了理论依据。     

《2006航运业薪酬福利水平报告》解读

对某舰的单臂尾轴架,采用军标规范中的经验公式对其横向一阶的频率进行了计算;采用有限元数值计算方法,用三维的体单元建立了单臂尾轴架的有限元模型,计算了其前十阶频率和振型;进行了现场的振动特性实验,测得了某舰单臂尾轴架的横向一阶和纵向一阶频率和振型。对所得到的三种结果进行比较研究表明:经验公式计算所得的结果同实验结果相差较大,有限元计算所得的结果同实验结果相差较小;对用于尾轴架振动计算的经验公式应进行进一步的研究;在尾轴架设计时可以采用有限元方法进行振动计算预报。     

某型船艉轴架验证、安装与焊接工艺实践

文章通过对某型船艉轴架铸钢件产品验证、上船安装及与船用EH36高强钢船体结构焊接等技术难点的工艺实践,总结归纳出供艉轴架验证的三维放样法、艉轴架安装工艺法、艉轴架铸钢件与EH36高强钢焊接工艺要求及参数等技术成果,可为同类型或相似舰船艉轴架安装焊接提供参考。     

基于不同规范的双臂艉轴架轻量化分析

[目的]为实现双臂艉轴架轻量化设计,[方法]通过对比分析国内现行规范和世界主要船级社关于艉轴架的相关尺寸要求,解读各规范之间的差异,从差异中寻找双臂艉轴架轻量化方法。根据规范之间的差异,选取与中国船级社(CCS)(海船)规范差异较大的挪威船级社—德意志劳氏船级社(DNV-GL)(船舶)规范,针对同一螺旋桨参数,分别根据各自规定的最小尺寸设计双臂艉轴架,采用相关标准规定校核各自的性能。[结果]结果表明,根据两规范进行尺寸设计的艉轴架强度和振动性能均符合要求,而按照DNV-GL(船舶)规范最小尺寸要求设计的艉轴架总质量轻约16.8%。[结论]采用DNV-GL规范设计艉轴架,能在一定程度上实现轻量化,为实际工程中艉轴架的轻量化设计提供思路。     

某舰单臂尾轴架振动特性研究

对某舰的单臂尾轴架，采用军标规范中的经验公式对其横向一阶频率进行了计算；采用有限元数值计算方法，用三维的体单元建立了单臂尾轴架的有限元模型，计算了其前十阶频率和振型；进行了实船的振动特性测试，测得了其尾轴架的横向一阶和纵向一阶频率和振型。对所得到的三种结果进行比较研究表明：经验公式计算所得的结果同实验结果相差较大，有限元计算所得的结果同实验结果相差较小；对用于尾轴架振动计算的经验公式应作进一步的研究；在尾轴架设计时可采用有限元方法进行振动计算预报。     

后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响

[目的]为了研究后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响,[方法]针对螺旋桨不定常激振力诱发的艇体结构辐射声,以SUBOFF潜艇为原型,建立了包含螺旋桨和轴系实体结构单元的潜艇整艇模型,采用通用有限元程序NASTRAN计算其在真空中的振动特性,同时采用附加质量附加阻尼算法计算其在水下的振动和声辐射特性,对潜艇整艇结构在螺旋桨垂向激振力作用下的振动与声辐射特性进行分析,并着重考虑了后艉轴承刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响规律。[结果]研究指出,降低后艉轴承刚度使潜艇结构振动与声辐射的能力主要向其第2阶整体弯曲振动模态频率处集中,且第2阶整体弯曲振动模态频率逐渐向低频移动;在第2阶整体弯曲振动模态频率以上频段降低后艉轴承的刚度能够有效降低潜艇整艇结构的振动和声辐射。[结论]所得结果可为声学设计阶段潜艇关键部位结构参数的选取提供参考。     

船舶尾轴架动刚度的测量及应用

采用实验方法对某舰尾轴架进行动刚度测量,得到了前尾轴架的横向动刚度曲线,后尾轴架的横向和纵向动刚度曲线;分析尾轴架的动刚度曲线,可得到尾轴架结构的固有频率.用有限元方法对尾轴架固有频率进行计算,比较表明两结果吻合较好.建立了船舶轴系的有限元模型,轴架支撑处动刚度用广义弹簧-阻尼器系统进行模拟.进行了在横向冲击载荷作用下考虑支承结构动刚度的轴系横向冲击响应计算.     

某舰尾轴架结构动刚度的实验研究

根据锤击法测量结构动刚度的原理,进行了某舰尾轴架动刚度的测量,得到了前尾轴架横向动刚度曲线、后尾轴架横向和纵向动刚度曲线;分析动刚度曲线,得到了尾轴架的固有频率,此结果与用有限元法对尾轴架进行振动计算的结果比较接近.     

海流作用下悬浮隧道缆索的运动响应

考虑参数激励频率,利用涡激振动方程,应用伽辽金和龙格库塔数值积分法,计算出不同流速下参数激励对缆索1阶振动的影响;进一步计算隧道—缆索耦合作用下缆索的振动响应。计算结果表明参数激励为缆索固有频率2倍时,缆索响应最大;隧道对缆索振动有明显的抑制作用。     

环境激励下自升式海洋平台损伤诊断

为探究适用于海洋平台结构的有效损伤诊断方法,针对某自升式平台的比例模型开展环境激励下损伤诊断试验研究。分别采用频域法中的增强频域分解法和时域法中的随机子空间法处理测试数据,提取前三阶的固有频率、振型和阻尼比等模态参数,并结合频率和振型识别结果计算节点柔度矩阵。通过分析平台模型模态参数和节点柔度矩阵的变化率,识别预先设置的结构损伤。试验结果表明,两种模态识别方法均能有效识别环境激励下的平台模型模态参数,其中利用固有频率变化率能够有效判断结构是否产生损伤,利用振型和柔度矩阵的变化率能够实现损伤的准确定位。     

中厚粘弹性阻尼芯层夹层板间的耦合损耗因子研究

耦合损耗因子是统计能量分析中表征结构子系统间耦合程度的一个重要参数.本文提供了一种由夹层板自由振动模态结果描述的夹层板耦合损耗因子计算方法,建立了芯板垂向可压缩变形(研究考虑芯层的横向正应变和正应力)的夹层板四节点有限元动力模型,用有限元方法求解得到夹层板的振动模态结果,继而代入文中计算方法求得两L型边耦合的粘弹性阻尼夹芯夹层板的耦合损耗因子.通过与商业软件AUTOSEA计算结果相比较并分析表明,文中计算方法是正确有效的,为快速准确地确定夹层板耦合损耗因子提供了一种新的思路.     

大型复杂齿轮箱底架模态分析方法

本文探讨针对某复杂齿轮箱底架结构的一种模态分析方法。该齿轮箱底架尺寸较大,质量与刚度分布情况复杂。试验模态分析所需的试验条件要求高,对于力锤的选择和传感器的数量都有较高的要求。此外在有限元模态分析中会存在模态密集、模态向量繁杂、模态振型云图无法提取等问题。该齿轮箱底架结构特殊,近似案例很少,因而鲜有相关的计算参考。本文主要提出以扫频分析为理论基础,辅以虚拟梁的一种近似方法来求出该复杂大型结构的固有频率与振型。其计算结果较直接模态分析更能体现结构在工作状态下的模态情况,亦能对设备工作频率的选取以及结构刚度优化提供有益的帮助。     

环状粘弹层合悬臂薄壁圆柱壳的振动特性研究

文章采用传递矩阵法分析了悬臂边界条件下环状局部覆盖粘弹层合薄壁圆柱壳的振动特性。基于乐甫薄壳理论,结合粘弹性阻尼的变形协调关系和层间作用力关系,建立了基层和约束层薄壁圆柱壳的一阶状态微分方程,利用传递矩阵法推导了结构的整体传递矩阵,并通过高精度的精细积分方法进行求解,得到了固有频率、损耗因子和三维振型,探讨了约束阻尼层位置变化时对振动特性的影响,并通过有限元法进行了比较,通过算例验证了传递矩阵法对模态特性分析的有效性,前25阶模态以周向振动为主,最低阶固有频率对应的三维模态振型为(1,5),并且在悬臂端的振动位移最大,约束阻尼层覆盖位置对薄壁圆柱壳振动特性的影响较大。     

基于流固耦合的船舶轴-桨耦合振动特性分析

以研究螺旋桨水动力和离心力对船舶轴-桨组合振动特性的影响为本文的研究目的,基于W o r k-bench平台,采用流固耦合有限元分析方法,进行船舶轴-桨组合模态分析.在CFX中计算螺旋桨敞水性能,并在Ansys中将螺旋桨叶面水压力和离心力作为预应力分析轴桨组合振动的固有频率和振型,比较轴系、螺旋桨单独模型和轴-桨组合模型在固有频率上的区别.计算结果表明,轴桨组合的固有频率远远低于轴系和螺旋桨独立模型的固有频率;轴-桨旋转产生的离心力对其固有频率影响不大;螺旋桨在流场中产生的水压力略微提高纵向振动固有频率,但影响很小,在实际应用中可以忽略.