船舶扭振计算软件开发及关键技术研究

船舶动力系统的推进轴系是指柴油主机输出端轴承到船舶螺旋桨之间的部分,对船舶动力性能起着关键性的作用。船舶推进轴系的结构复杂,轴系的扭转和振动对各轴承和部件有不利的影响,因此,研究和降低推进轴系的扭振计算有十分重要的意义。本文建立船舶推进轴系的扭振数学模型,在此基础上系统研究推进轴系扭振运动和响应计算,并在软件Matlab平台上完成船舶扭振计算软件的设计和开发。     

推进轴系回旋振动对船体尾部振动影响分析

船舶在航行过程中,螺旋桨在不均匀的伴流场中工作产生周期性的弯曲力矩作用在螺旋桨轴上,使推进轴系在螺旋桨或转轴上旋转的横向力矩作用下,旋转轴绕其静平衡曲线产生振动,从而出现回旋振动现象,而严重的轴系回旋振动引起轴承反力的动力放大而引起船体尾部结构的振动。本文对一艘尾部结构振动严重的船舶进行了推进轴系回旋振动计算分析及实船振动测量验证,分析了推进轴系回旋振动对船体尾部结构振动影响,通过更换尾管前轴承、调整中间轴承的位置,解决了轴系回旋振动引起的船体尾部结构严重振动问题,为解决类似船体尾部振动问题分析提供参考。     

推进轴系回旋振动对船体尾部振动影响分析

船舶在航行过程中,螺旋桨在不均匀的伴流场中工作产生周期性的弯曲力矩作用在螺旋桨轴上,使推进轴系在螺旋桨或转轴上旋转的横向力矩作用下,旋转轴绕其静平衡曲线产生振动,从而出现回旋振动现象,而严重的轴系回旋振动引起轴承反力的动力放大而引起船体尾部结构的振动.本文对一艘尾部结构振动严重的船舶进行了推进轴系回旋振动计算分析及实船振动测量验证,分析了推进轴系回旋振动对船体尾部结构振动影响,通过更换尾管前轴承、调整中间轴承的位置,解决了轴系回旋振动引起的船体尾部结构严重振动问题,为解决类似船体尾部振动问题分析提供参考.     

船舶推进轴系振动对轴承承载特性的影响

本文以某实际船舶推进轴系为研究对象,计入螺旋桨激振力大小和频率的影响,获得推进轴系发生振动时径向滑动轴承的承载状态,推导了径向润滑轴承承载力及液膜刚度的计算表达式,分析了螺旋桨激振力引起的推进轴系振动对径向润滑轴承承载特性的影响。结果表明,螺旋桨激振力会导致径向润滑轴承承载力及液膜刚度产生周期性的波动,不同加载频率前提下轴承承载特性表现各异,且重载条件下轴承承载特性的波动更为明显,必须合理设计轴承以提高轴承的承载能力,进而保证整个推进轴系的运行稳定性。     

校中状态对轴系横向振动传递特性影响研究

校中状态是影响推进轴系振动的重要因素,轴系与舰艇尾部的耦合振动是影响其声隐身性能的重要激励源。本文首先对某船推进轴系进行负荷校中,通过研究轴承变位对轴承油膜特性的影响,确定了轴系校中前后轴系支撑边界条件的变化,然后通过仿真和试验验证的方法研究了校中状态对轴系振动传递特性的影响。结果表明,负荷校中能够有效抑制轴系在一些峰值频率点的振动传递。     

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.     

考虑艇体变形影响的轴系合理校中

为提高潜器推进轴系校中计算的准确度,使计算结果与实际情况更为接近,必须考虑艇体变形对轴承变位的影响,并将其作为轴系校中计算的初始边界条件。通过三维有限元计算,分析模型潜器的整艇湿表面结构在重力和水压作用下的变形情况,由此获得艇体艉部的结构变形数据。提出“共线程度”的概念和计算方法,将艇体结构变形数据转化为轴系各轴承相对变位数据,作为潜器推进轴系合理校中计算轴承的初始变位。利用轴系合理校中计算程序,在考虑艇体变形和轴承刚度的条件下,对模型潜器的轴系布置进行优化计算。结果表明：安装时,1#、2#、3#轴承位于理论中心线上,4#轴承变位为理论中心线向上0.4 mm能够获得合理的轴系校中状态。     

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。     

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。     

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。     

舰艇电力推进轴系多学科优化设计研究

以电力推进轴系为对象,进行直线校中计算,得到各轴承负荷影响系数。基于CFD数值算法,计算考虑螺旋桨水动力的轴系校中特性,并对轴系校中特性进行优化。基于直线校中和合理校中两种状态,研究轴系不同校中状态对振动特性的影响。在此基础上,以后尾轴承垂向变位为变量,研究建立轴系校中特性及振动特性的多学科优化设计模型,为轴系设计质量的提高提供参考。     

船舶集成式推力轴承减振器研究与应用

针对轴系纵向振动引起的船舶尾部振动噪声问题,提出通过集成式推力轴承减振器控制轴系纵向振动的方法,研究减振元件的刚度特性和应用减振器后轴系试验台架的振动特性。结果表明,设计的减振碟簧组刚度稳定,轴系应用该集成式推力轴承减振器后,一阶纵振固有频率偏移明显,轴系振动响应大幅衰减,提出的集成式推力轴承减振器可有效隔离螺旋桨激励振动向船体结构的传递。     

船舶集成式推力轴承减振器研究与应用

针对轴系纵向振动引起的船舶尾部振动噪声问题,提出通过集成式推力轴承减振器控制轴系纵向振动的方法,研究减振元件的刚度特性和应用减振器后轴系试验台架的振动特性。结果表明,设计的减振碟簧组刚度稳定,轴系应用该集成式推力轴承减振器后,一阶纵振固有频率偏移明显,轴系振动响应大幅衰减,提出的集成式推力轴承减振器可有效隔离螺旋桨激励振动向船体结构的传递。     

某船艉轴系失中故障诊断与修理

主推进器轴与轴承的接触状态直接影响轴承的寿命和船舶振动,轴系对中的优劣对推进装置的正常运行影响很大,文章介绍某轮水润滑轴系失中和艉管校中镗孔修理案例,为船舶轴系故障的诊断与修理提供一定的参考.     

船舶推力轴承纵向液压减振技术研究

针对船舶轴系的纵向振动情况,研究一种嵌入式船舶推力轴承纵向液压减振器,以隔离螺旋桨脉动激励而引起的船舶轴系纵向振动。首先,建立桨轴系统的动力学模型,分析船舶推进轴系纵向减振特点;其次,提出液压减振器模型,开展动力学分析并提出动刚度计算方法;最后开展系统减振效果验证试验,结果表明推力轴承集成纵向液压减振器后可明显降低轴系纵向振动,为船舶轴系声学设计提供方法。     

中间轴承对船舶轴系力学状态影响的数字模拟

本文以主机为WNSD7RTA62U的某油轮的轴系为对象,通过对比分析四种不同的中间轴承的布置方案,评价了中间轴承对船舶轴系力学状态的影响.本文轴系合理校中与轴系回旋振动的数字计算结果表明,中间轴承对船舶轴系的状态存在着比较复杂的作用,首先在常规设计中,必须对中间轴承的位置进行三维优化;其次取消中间轴承的非常规设计,对船舶轴系的状态的改善是可行的.这对解决大型船舶轴系校中受船体变形影响和革新大型船舶轴系的传统设计与计算是有用的.     

润滑耦合下冲击引起的轴系弯扭振动特性分析

船舶推进轴系的弯扭振动与支承轴承的润滑油膜相互耦合,互相影响。文中给出了轴承的润滑方程及润滑与弯扭振动耦合的运动方程,通过数值计算,研究了润滑油粘度对轴系振动的影响。从计算的结果可知:在冲击载荷的作用下,弯扭振动响应随粘度增大而减弱,振幅衰减加快,冲击作用对轴系振动干扰时间缩短。同时,润滑粘度愈低,弯扭耦合性愈强,振幅改变愈大,互激励愈明显,而在高粘度条件下,轴系的弯扭耦合性减弱,扭转振动受冲击载荷的影响不明显,而弯曲振动受冲击载荷的影响明显存在。     

控制船舶轴系纵向振动的动力吸振器参数优化研究(英文)

在船舶轴系中安装动力吸振器是减小船舶轴系纵向振动的有效方法,而动力吸振器的参数合理优化配置是控制轴系纵向振动的重要手段。将船舶轴系等效为多自由度系统,基于有限单元法建立船舶轴系纵向振动运动模型,并通过加装动力吸振器用于控制船舶轴系纵向振动。运用重分析方法求解轴系运动方程得到推力轴承处的力传递率和能量传递率,将二者作为评价动力吸振器对轴系振动控制效果的指标。在研究轴系响应频率范围内,提出将求解全局最优解较强的遗传算法与多目标优化算法相结合以优化动力吸振器参数;并且研究特定共振峰消减的参数优化问题。最后通过算例,比较不同目标函数以及动力吸振器不同安装位置对轴系纵向振动控制的影响,验证文中优化算法的可行性。     

基于解析法的轴-锥柱壳组合系统横向振动特性研究

船舶的推进轴系和艇体均存在多种形式的振动,研究其振动机理及相互传递特性,对于减振降噪具有重要意义。以轴-锥柱壳组合系统为简化理论模型,采用解析法对锥柱组合壳及多跨梁的横向振动建模,并通过解析解与数值解的对比验证了方法的可靠性。依据此模型,分析了激励位置、轴承刚度、壳体厚度等对系统振动特性的影响,结果表明:轴承在壳体与轴系振动传递中的作用不可忽视;轴承刚度增大,壳体和轴系位移逐渐趋于一致;壳体尺寸对激励在壳体时的响应结果影响较大。     

轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性影响

针对某船舶轴系进行了不同位置、不同支承长度的轴承条件下固有振动特性分析.得到了不同位置不同支承长度的轴承对船舶轴系固有振动特性的影响.计算结果表明,不同位置轴承支承长度的变化对船舶轴系固有振动特性的影响有很大的不同.在所有的轴承中,船舶前后艉架轴承和船舶艉管轴承对船舶轴系的振动特性影响最大,同时这些轴承工作条件恶劣,在船舶正常运行过程中支承长度会发生很大的变化,因此在船舶运行过程中必须时刻注意这些轴承的性能变化.