基于传递矩阵法的船舶推进轴振动特性研究

船舶在航行过程中,通过推进轴系实现船舶发动与推进器之间的能量传递,并通过螺旋桨产生的推动力推动船舶行进。本文利用传递矩阵法进行船舶推进轴振动特性研究,首先利用传递矩阵法计算了船舶推进轴自由振动的计算,然后在此基础上利用扩展的传递矩阵法获得了推进轴强迫振动计算,得到整个系统的累积传递矩阵。最后进行仿真实验来说明本文算法的有效性。     

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。     

舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性

螺旋桨激励力会通过轴系向各轴承基座传递,并激发船体结构产生振动声辐射问题。为掌握螺旋桨不同方向激励力通过轴系的传递规律,利用船舶推进轴系试验台,在轴系固有特性计算与测试的基础上,测试分析螺旋桨水平、垂向与纵向激励力通过轴系向3个轴承基座的传递特性。结果表明:单方向激励力作用下,轴系会产生不同方向的耦合振动,并在基座处产生3个方向的振动,其中轴系振动固有频率有明显体现;不同方向的激励力传递路径不同,水平激励在艉轴后轴承基座处产生较大水平振动,垂向激励在艉轴后轴承和推力轴承基座处产生较大垂向振动,纵向激励在推力轴承基座处产生较大纵向振动,螺旋桨激励力通过轴系向艉轴前轴承基座的传递相对较弱;与垂向激励相比,水平激励会在3个轴承基座处产生更大的振动响应。     

船舶轴系纵扭耦合振动计算分析

本文建立了分析大型船舶轴系纵扭耦合振动计算的系统矩阵模型，从耦合效应的角度考虑，柴油机曲轴用当量耦合刚度表示，螺旋桨则用当量加速度耦合系数和当量速度耦合系数描述，通过对实船轴系纵扭耦合自由与强迫振动计算，对耦合振动的一般规律进行了分析。     

考虑船舶轴系校中与弯曲振动的轴承优化布置

船舶在航行过程中,螺旋桨所受到的激振力通过船舶轴系传递给船体并引起尾部振动和噪声,给船舶的乘坐舒适性和安全性带来危害。本文利用传递矩阵法分别建立船舶轴系校中数学模型和弯曲振动数学模型,并使用拟定常法得到螺旋桨叶频和二倍叶频的激励力幅值比值,成比例输入到轴系系统当中,设置轴承间距和轴承标高为变量,以尾轴后轴承受力幅值最小为目标函数。在满足船舶轴系校中标准下,对轴承位置的轴向和径向进行双向优化,得到实例的最优布置方案,通过比较优化前后的尾轴后轴承受力响应幅值,可以发现优化效果明显,对船舶轴系设计与布置具有一定的指导意义。     

考虑船舶轴系校中与弯曲振动的轴承优化布置

船舶在航行过程中,螺旋桨所受到的激振力通过船舶轴系传递给船体并引起尾部振动和噪声,给船舶的乘坐舒适性和安全性带来危害。本文利用传递矩阵法分别建立船舶轴系校中数学模型和弯曲振动数学模型,并使用拟定常法得到螺旋桨叶频和二倍叶频的激励力幅值比值,成比例输入到轴系系统当中,设置轴承间距和轴承标高为变量,以尾轴后轴承受力幅值最小为目标函数。在满足船舶轴系校中标准下,对轴承位置的轴向和径向进行双向优化,得到实例的最优布置方案,通过比较优化前后的尾轴后轴承受力响应幅值,可以发现优化效果明显,对船舶轴系设计与布置具有一定的指导意义。     

船舶推进轴系纵扭耦合振动研究

本文建立了大型船舶柴油机推进轴系纵扭耦合振动计算的系统矩阵模型。在耦会效应的考虑上，柴油机曲轴计入其当量耦合刚度；而螺旋桨则用当量加速度耦合系数和当量速度耦合系数描述。通过对实部轴系纵扭耦合振动的计算与实测分析，对耦合振动的一般规律进行了研究。     

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。     

小水线面双体船螺旋桨激励船体振动研究（英文）

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。     

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 kbench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。     

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.     

船舶桨-轴系统双向流固耦合动力学建模方法研究

螺旋桨激励力引起的轴系及船体振动是船舶低频噪声的重要原因,目前已成为改善我国船舶振动噪声最关键的问题之一.为了掌握这类低频噪声成因,有必要从流体、桨、轴系间的复杂耦合关系着手,揭示螺旋桨激励力产生、传递机理及桨-轴系统流固耦合振动演化规律.因此急需一个桨-轴系统双向流固耦合动力学分析模型.为此,本文利用有限元法(FEM)耦合边界元法(BEM)建立了流体-弹性桨-轴系双向流固耦合动力学模型,并通过数值仿真分析以及实验研究,验证了所建模型的正确性.研究表明:本文建立的模型求解精度满足工程要求,且相比于目前广泛采用的商业软件方法具有计算速度快、对计算机性能要求低等优点,非常适合工程应用.     

艉置消振推力轴承降噪机理分析及试验验证

本文针对螺旋桨-轴系-船体耦合振动产生的高辐射噪声问题,从新型推力轴承设计出发,提出了艉置消振推力轴承的设计方案。该新型推力轴承具有艉部对称安装、纵向刚度低噪声匹配、径向采用隔振处理等技术特点。通过建立螺旋桨-轴系-船体耦合振动声辐射计算模型,采用数值计算方法揭示了艉置消振推力轴承的降噪机理,并在开阔水域开展了艉置消振推力轴承降噪效果的验证试验,试验结果表明,该新型推力轴承具有良好的降噪效果,可将螺旋桨纵向激励力经轴系传递到试验模型壳体引起的辐射噪声降低7.3 dB。该研究为降低舰船桨-轴-船耦合振动辐射噪声提供了一种新的技术途径。     

某电力推进轴系横向振动影响因素分析

通过数值分析的方法研究动态因素对某电力推进轴系横向振动的影响,介绍运用传递矩阵法对船舶轴系进行横向振动分析的基本原理,结合某电力推进轴系实际情况,建立轴系计算模型,用Matlab编写了基于传递矩阵法的计算程序,对影响轴系横向振动的轴承刚度、艉轴后轴承支撑位置以及陀螺力矩三个因素进行计算分析,得到这些因素在不同条件下对轴系临界转速的影响。     

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。     

可调螺距螺旋桨螺距变化对轴系振动的影响

为了研究船舶可调螺距螺旋桨螺距变化对轴系结构振动的影响,本文以某集装箱船的推进轴系和螺旋桨为例,采用有限元分析方法对其进行流固耦合仿真,分析船舶尾轴的应力与变形、振动以及模态变化。研究结果表明,螺旋桨螺距改变螺旋桨周围水域的流线运动状态,使得其受力变形更加不均匀。随着螺旋桨螺距的逐渐增大,轴系固有频率减小;船舶尾轴在一些特定频率附近会产生较大的共振幅值。为提高尾轴使用寿命,尾轴激励应避免这些频率。在一定范围内,尾轴在22°左右的螺距角下更容易产生较大的振动,可通过合理调节螺距角,以避免出现共振现象。     

船舶推进轴系纵振计算方法及影响因素分析

根据船舶推进轴系纵向振动的运动微分方程,推导了组成推进轴系的刚性均质圆盘、推力轴承以及轴段单元的传递矩阵,给出了利用传递矩阵求解推进轴系纵向振动固有频率和固有振型的方法.为进一步分析推进轴系正常运行时各轴段的纵向振幅和交变轴向力,对刚性均质圆盘、推力轴承以及轴段单元的传递矩阵进行了扩展,进而给出了基于扩展传递矩阵的推进...     

冰区航行船舶电力推进轴系机电耦合的扭振分析

通过螺旋桨桨叶与冰块的相互作用过程,建立单冰块对螺旋桨扭转振动的激励函数;同时建立机电耦合振动数学模型,推导得到机电耦联动力学方程,研究电机电磁激励力对扭转振动的影响。以3500吨科考船电力推进轴系为研究对象,基于冰载荷激励力和电磁激励力对轴系扭转振动进行分析,为复杂的船舶电力推进轴系在冰区航行时的振动研究奠定了基础。     

基于传递矩阵法的渔船推进轴系回旋振动计算及程序开发

为编制渔船推进轴系回旋振动优化计算程序,首先研究渔船推进轴系回旋固有振动的程序编制。针对船舶推进轴系的集总参数-分布参数混合模型,利用传递矩阵法建立船舶推进轴系回旋振动的计算模型及计算矩阵方程,用MATLAB编制矩阵方程求解的计算程序,将此程序应用于36.3m拖网渔船轴系回旋振动计算,计算时考虑螺旋桨附连水效应,计算一次正逆回旋振动、叶片次回旋振动及倍叶片次回旋振动固有频率,计算结果与COMPASS计算结果进行对比,验证了MATLAB程序的正确性。应用此计算程序对回旋振动中主要参数的选择进行深入讨论和分析,确定关键参数的正确选择准则。研究结果可作为推进轴系振动计算程序开发研究的基础,为日后更复杂的程序开发奠定基础。     

船舶轴系扭转振动计算的Riccati传递矩阵法

本文建立了船舶轴系扭振计算的Ｒｉｃｃａｔｉ传递矩阵法的数学模型，编制了通用程序，并用此方法对船舶轴系扭转振动问题进行了计算与分析。结果表明：该方法在数值稳定性及精度方面优于Ｍｙｋｅｓｔｅｄ－Ｐｒｏｈｌ传递矩阵法，而计算量则小于系统矩阵法。