推进轴系-船体结构低频弯曲振动耦合特性

为分析水面舰船推进轴系与船体结构的低频弯曲耦合振动问题,利用有限元法建立了推进轴系-船体结构耦合系统的数学模型,计算系统的垂向及水平向弯曲振动固有特性,并与利用简化模型得到的计算结果进行了对比分析。结果表明:在推进轴系第1阶弯曲振动固有频率以下频段,推进轴系-船体结构系统主要体现为船体梁振动,推进轴系跟随船体梁运动;在推进轴系的每阶振动固有频率附近,由于存在一个固有频率非常接近的船体梁振动模态,故在该频段桨-轴系统与船体梁有较强的耦合作用;在船体梁的质量及截面面积惯性矩远大于轴系对应参数的情况下,仅分析推进轴系自身的低频固有振动特性时,将船体结构简化为刚性安装基础所带来的误差很小,但是推进轴系简化模型不能反映推进轴系-船体结构的耦合振动模态及多轴系时的反相位振动模态。     

湍流进流诱发的螺旋桨-轴系纵向振动特性研究

基于湍流统计分析和随机振动理论,以一个十叶桨以及轴系作为研究对象,对其因湍流进流而诱发的弹性振动及纵向脉动推力进行了计算和分析。基于均匀湍流的统计模型,利用条带理论及相关分析求取作用在桨叶表面上的压力谱,然后将该压力谱映射到螺旋桨有限元模型加载面的节点上。基于模态叠加的随机振动分析方法,求得螺旋桨-轴系系统的随机振动响应。对弹性桨及刚性桨在纵向脉动推力传递中存在的差异以及系统动力学参数对于脉动力传递的影响进行了分析,得到的结论可为桨-轴弹性振动及声辐射控制提供思路。     

弹性螺旋桨流固耦合振动特性分析

[目的]研究弹性螺旋桨在水流中的振动响应特性。[方法]基于CFD/FEM流固耦合方法,利用Workbench平台中的ANSYS-CFX模块对螺旋桨进行双向流固耦合水动力求解,分析弹性螺旋桨变形及应力应变响应特性;考虑到流固耦合对固有特性的影响,利用ACT_Acoustic模块计算桨叶湿模态,结合弹性螺旋桨固有特性和流固耦合水动力结果进行弹性螺旋桨频谱分析。[结果]流固耦合水动力结果相较不考虑流固耦合的定常计算结果更接近试验回归曲线;与干模态相比,弹性螺旋桨前5阶湿模态固有频率减小19%～37%,且四阶和五阶干湿模态振型存在交错情况。频谱分析结果表明,水动力轴向推力和扭矩是弹性螺旋桨在流场中振动响应的主要影响因素,且主要引起弹性螺旋桨的一阶湿模态悬臂振动;桨叶面上,从叶梢处到导边和叶中部分,再到随边部分,最后到叶根处,结构响应逐渐降低。[结论]所做研究可为弹性螺旋桨流固耦合计算分析提供方法途径,也为螺旋桨流固耦合振动噪声分析打下了一定基础。     

基于有限元功率流的L型板振动传递特性

基于有限元功率流理论,对L型板振动传递特性进行研究。对比导纳功率流法计算得到的输入功率和传递功率,两者计算结果吻合得比较好,证明方法是可行、准确的。提出了评价L型板振动传递的指标功率流传递率,从而定量描述L型板通过耦合边传递振动的能力。同时,给出功率流云图,直观得到能量在L型板中流动情况,并将功率流可视化技术应用到复杂的舱段结构中。本文处理方法对工程实际中复杂结构具有一定的通用性,可以为结构振动控制设计阶段提供一定的帮助。     

主机-船体耦合振动预测与特性研究

近年来,随着对船舶内燃机振动和噪声问题研究的不断深入,由主机引起的船体振动问题正成为各船舶设计部门的研究重点,它是船体的低频振动和水下辐射噪声的主要激励源。为此,本文根据某30 000DWT散货轮建立带有柴油机的船体有限元分析模型,分别对柴油机模型和船体模型进行模态分析,得到其固有特性。基于瞬态动力学方法,利用实测缸内压力数据对柴油机进行振动响应分析,研究主机激励经由机脚、基座传递到船体的传递特性,并且进一步计算分析主机激励船体的振动响应规律,为机、桨、船的匹配设计提供参考。     

带螺旋桨激振力的轴系耦合纵向振动特性分析

采用CFD方法计算目标螺旋桨的敞水性能,通过Fourier变换得到轴承激振力的频域特性。结合舰艇推进轴系的一般结构形式,建立桨—轴—艇耦合系统纵向振动动力学模型,将先前计算所得的螺旋桨激励特性与振动能量传递相结合,讨论了纵向振动形式下螺旋桨激励振动功率流的传递和振动能量传递耗散的特性,从能量角度分析纵向振动在系统耦合振动中的影响,进而基于模拟工况探讨振动能量在轴系耦合振动中的传递机理。     

管路-圆柱壳耦合振动功率流与声辐射特性研究

管路-内含铺板圆柱壳耦合结构是潜艇、鱼雷等水下航行器装备中的典型结构,为研究管路与圆柱壳结构耦合振动噪声传递的特性,论文采用阻抗综合法,利用耦合点处力与位移连续条件,建立管路-支撑-圆柱壳耦合结构振动计算模型.管路采用考虑流固耦合以及剪切变形的"十四方程"理论,从振动功率流传播视角研究管路系统向内含铺板圆柱壳振动传递的...     

舰艇桨-轴系-船体耦合振动测试实尺度试验台设计

为获得舰艇桨-轴系-基座-船体的振动传递规律,分析桨-轴系-船体耦合动力特性数值计算的合理性,考核轴系各项减振措施的减振效果,搭建了基于减振降噪设计且与实舰较吻合的桨-轴系-船体耦合振动测试的实尺度试验台。通过基座阻抗特性、轴系和船体振动响应、轴系模态等试验和各项减振措施测试,获得了耦合系统纵向振动频响传递函数、船体结构响应特性以及为修正耦合动力特性数值计算所需试验数据,考核了各项减振降噪措施。     

基于混合有限元模型的推进轴系——艇体耦合振动特性分析

建立推进轴系—艇体的混合有限元模型和轴承基础固支下的"纯"推进轴系有限元模型,通过这两个模型对两种轴承基础边界条件下推进轴系的固有振动特性进行比较。结果显示,轴承基础边界条件对推进轴系的固有振动特性有一定影响,证实推进轴系和艇体间存在一定程度的耦合。进一步将全艇体简化为一维梁,对比分析基于混合有限元模型和一维梁模型的艇体总振动特性。分析表明,两种模型都能较好地对艇体总振动特性进行预报。     

小水线面双体船螺旋桨激励船体振动研究

文章研究了小水线面双体船的桨—轴—船体耦合系统在螺旋桨受宽带力激励下的纵向振动特性。建立了考虑周围流体介质作用的桨—轴—船体动态耦合系统的声振数值计算模型,经实船试验表明计算结果与试验结果吻合较好。采用该模型计算分析了桨—轴—船体耦合系统的振动特性。作用在螺旋桨上的激励力传递到船体时,受到轴系子系统的调制作用及推力轴承基座结构的刚度影响,在轴系一阶和二阶纵向振动模态处出现动力放大;考虑螺旋桨的弹性变形时,激励力在螺旋桨的桨叶若干纵向振动模态频率上也出现了明显的放大。在这些低频段的振动模态频率上,船体结构受放大的激励力作用,容易产生共振及声辐射。     

船体变形对轴系横向振动的影响研究

船体变形是影响船舶推进轴系振动的一个重要因素,但目前对于轴系横向振动的研究都是在基于船体为刚性体,不发生变形的前提下进行。针对某散货船,采用有限元法建立了船体变形下,轴系中心线垂向相对变形对轴系横向振动影响的计算方法和流程。结果表明:船体在不同工况下,轴系中心线垂向相对变形对轴系横向振动固有频率有着显著的影响。     

损伤圆柱壳的振动功率流特性研究

研究了含有环向表面裂纹损伤的无限长圆柱壳中的波传播和振动功率流特性.用Flügge方程来描述圆柱壳的振动.对于裂纹损伤圆柱壳,运用断裂力学的理论,考虑到裂纹的张开、滑移和剪切三种状态建立了裂纹区域的局部柔度矩阵,得到由此引起的附加广义位移和壳体中内力之间的关系.根据裂纹两侧区域的位移和内力的连续性条件得到了四支反射波和四支透射波的幅值,继而求得壳体中各内力传播的功率流.分析了透射功率流、反射功率流与激励频率和裂纹尺寸之间的联系.文中的研究为基于振动功率流方法识别圆柱壳表面损伤提供了理论基础.     

柴油机及螺旋桨引起的船体稳态振动

本文介绍引起船体稳态振动的柴油机及螺旋桨激振力的计算方法。列举了各种船舶振动实例及有效的减振措施。对D39主机底脚螺栓断裂事故进行了简略的分析。若在设计阶段对振动问题有较周详的考虑,很多实船存在的振动问题是可以避免或减轻的。     

损伤Timoshenko梁振动功率流特性

研究了损伤Timoshenko梁的振动功率流特性.用一局部转动弹簧来模拟梁中的损伤,利用断裂力学的有关理论得到局部弹簧的转动刚度.为了分析问题简便,讨论了一无限长Timoshenko梁在集中载荷作用下的弯曲波运动以及振动功率流的输入与传播,分析了振动功率流与损伤位置及其深度的关系,为Timoshenko梁的损伤识别提供了理论基础.     

船体振动与螺旋桨鸣音的防止方法

一、振动船舶航行中,当主机转速达到某值时就会产生剧烈的振动,这是由于主机、螺旋桨所产生的振动和船体固有振动形成共振所致。这类振动严重时,可诱发轴系和曲柄等故障。     

复合材料螺旋桨流固耦合分析方法研究

文章基于面元法和有限元法,开展了复合材料螺旋桨流固耦合数值方法研究,着重探讨了复合材料桨叶有限元建模以及水动力外载荷与结构变形位移的流固耦合交界面数据传递问题,最终集成为一项复合材料螺旋桨流固耦合分析技术,测试了其收敛性。该技术针对5474复合材料螺旋桨的分析结果与文献结果吻合良好,为复合材料螺旋桨性能分析提供了必要的工具。     

多支点推进轴系回旋振动对艉部船体的激励特性研究

为了提高水面舰船的声隐身性能,将推进轴系回旋振动作为艉部船体结构振动的激励源,建立了某水面舰船多支点推进轴系以及艉部船体的有限元模型,并针对两种边界条件下的轴系回旋振动模型进行了对比研究,重点开展了螺旋桨横向单位激励力下的轴系回旋振动对艉部船体的低频激励特性的分析,得到了回旋振动通过各轴承途径对船体的激励加速度、激励力以及传递功率流。研究表明,在进行回旋振动等动力学计算时,艉部船体的阻抗边界作用不可忽视;不论是考察振动加速度、传递动态力还是传递功率流,双臂艉轴架轴承都是最主要的传递路径,且与其它轴承相比较有明显的传递优势。在论文算例中13.5 Hz以及10 Hz是轴系回旋振动激励艉部船体的最主要的特征频率,需要重点关注。     

船体弯扭耦合振动计算研究

基于Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理论和Ｂｅｎｓｃｏｔｅｒ理论,建立了分析船体结构弯扭耦合振动的薄壁梁有限元模型。该模型能考虑翘曲和剪切变形的影响,能精确描述船体薄壁梁的纯弯状态和非均匀扭转,适用于任何形状的船体横剖面。重点讨论了翘曲位移协调问题,提出了新的船体不同剖面形式梁段间的翘曲位移协调方法。本文还讨论了船体薄壁梁计算模型的简化问题。数值算例证实了本文方法的正确性。     

船舶推进轴系不平衡-碰摩耦合故障振动特性分析

针对不平衡-碰摩耦合故障引发轴系振动的问题,采用多体系统动力学法进行理论与仿真研究。首先在螺旋桨推进轴系动力学模型的基础上,推导耦合故障作用下的多柔体系统动力学方程;然后利用SolidWorks、Adams建立螺旋桨推进轴系试验台刚柔混合模型,对模型进行仿真;最后分析耦合故障作用下轴系的振动特性。仿真研究表明:不平衡-碰摩耦合故障的发生,会使得轴系的振动变得更加复杂,特征频率出现了大量的高倍转频;转速越高,出现高倍转频的现象越明显,振动越复杂。     

轴系扭转振动与螺旋桨叶片安装角

柴油机主推进装置激起扭转振动的干扰力,主要来自两个方面:其一是主柴油机;其二是螺旋桨。假如这两者所产生的干扰力的简谐次数和相位相同,则它们的合成干扰力会达到最大(图1)。假如人为地使它们的相位不同或谐次不同,则它们的迭加会使合成干扰减小,从而就使强迫扭转振动减弱。后一种情况,正是一种减振措施。本文主要探讨,对已经选定的主柴油机,怎样从轴系结构设计和螺旋桨安装工艺设计上来达到使所激起的扭转