基于轴承变位的大型船舶挠曲轴系振动特性仿真分析

船舶大型化带来了诸多问题和挑战,外部激励引起的轴承变位对大跨度推进轴系振动的影响不容忽视。以某大型船舶推进轴系为研究对象,通过Ansys建立考虑初始挠曲的合理校中有限元模型,利用动力学模块对轴系在不同轴承变位工况下的振动响应进行仿真。结果表明：尾轴承变位引起的振动响应相比其他轴承变位引起的振动响应大,其响应大小与变位幅值、转速呈正相关且与变位方向有关,合理的轴承刚度可减小轴承变位对轴系振动响应的影响。     

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。     

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。     

低速柴油机推进轴系频域稳态扭转振动分析

以载重10 000 t低速柴油机推进轴系为研究对象，创建其当量系统模型。基于系统矩阵法对推进轴系进行自由振动分析，求得扭转振动固有频率和振型。研究柴油机在全转速下的气体和往复惯性激励力矩，针对推进轴系在柴油机和螺旋桨共同激励下的频域稳态扭转振动响应特性进行计算，求得推进轴系扭转振动的主谐次、共振转速点和推进轴系各部件的应力值。结果表明，推进轴系在低阶频率振动时气缸和中间轴振幅较大，推进轴系应力远小于材料的屈服强度，船舶能够安全稳定航行，同时为推进轴系时域瞬态扭转振动研究打下基础。     

船舶轴系振动激励特性试验研究

船舶轴系振动会降低轴系的可靠性和使用寿命，开展轴系振动监测能及时发现故障隐患并避免重大事故发生。文章研究了船舶轴系不同激励源的激励特性，介绍了2种主要的船舶轴系振动监测方法并在中间轴承上开展轴系振动测试。基于实船监测数据，分析了波浪、轴、螺旋桨激励对轴系中间轴承振动的贡献率，数据表明，在较低工况下，轴自身激励占主导，随着转速工况的增加，螺旋桨激励影响逐渐上升，并且越靠近轴系艉部，影响越剧烈。     

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。     

计入船体变形激励的大型船舶推进轴系振动性能研究

大型船舶的船体变形与其推进系统之间的耦合影响成为船舶领域的研究热点,开展船体变形激励下的推进轴系振动性能的研究对保证船舶可靠运行十分必要。文章以船舶轴系动力学方程为研究基础,建立其计入船体变形激励的大型船舶推进轴系的动力学模型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,以某大型集装箱船舶为研究对象,分别探索了船体变形激励不确定方向下以及变尺寸参数下轴系振动的影响规律,为大型船舶船体变形激励下的轴系振动问题提供了理论基础。     

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.     

艉部激励对船舶推进轴系回旋振动的影响分析

船舶推进轴系作为整个船舶动力装置的重要组成部分,其稳定运转对于船舶的安全航行具有重大意义。然而推进轴系在实际运转过程中,会受到各种各样的艉部激励作用,进而引发轴系回旋振动。本文以某型船舶推进轴系为研究对象,将轴系受到的艉部激励分解为垂向、横向、轴向的三个分量,通过在艉轴承对应节点处计入相应方向的载荷来模拟艉部激励的不同分量,利用ANSYS计算从单向艉部激励分量和多向艉部激励分量共四种工况来探讨艉部激励对轴系回旋振动的影响规律。结果表明：艉部激励垂向分量、横向分量均可以激起轴系的回旋振动,且垂向分量比横向分量的影响更大;而艉部激励轴向分量对轴系回旋振动没有影响。0～100 Hz的频率范围内,回旋振动的共振幅度随共振频率的增加而增大;在多个方向的艉部激励分量同时作用下,轴系在垂直方向与水平方向的振动响应是一致的。     

基于Ansys的电机轴系扭动振动研究

船舶电机的轴系不仅起到传递转距和功率的作用,也起到动力系统调速的作用,是船舶动力系统的关键装置。由于船舶电机的轴系在正常运行过程中受到外界激励作用,会产生受迫振动和扭转振动等多种振动形式,影响电机轴系的工作稳定性,甚至造成结构出现疲劳破坏。针对这一问题。本文通过建立船舶轴系的多体动力学模型,结合有限元仿真软件Ansys对电机轴系的扭转振动进行仿真分析,仿真过程包括有限元模型的建立、边界条件和约束条件的施加、扭转振动的求解以及后处理等环节。     

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。     

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。     

内河电力推进船功能区振动响应分析

船舶总是会因其动力源、推进器、波浪以及其他外部激励的作用而产生振动,甚至有害振动。文章通过有限元方法对某电力推进内河船不同功能区结构进行螺旋桨和主机激励作用下的振动响应计算,对比螺旋桨和主机激励作用下不同功能区的振动响应,并判断振动产生的速度及加速度幅值是否符合CCS相关规定的要求。结果表明,在螺旋桨激励作用下,不同功能区振动响应远大于主机激励作用下的振动响应,电力推进装置所产生激振力对电力推进船舶的振动几乎没有影响。由此,对电力推进系统助推的船舶振动计算分析及该类船的设计提供一定的参考。     

某8 530 TEU集装箱船的船体变形对轴系特性的影响

针对一艘8 530 TEU大型远洋集装箱船在不同海况下的船体变形与轴系动态特性的耦合作用问题,采用ANSYS与ADAMS软件建立推进轴系的刚柔耦合模型,通过在船体上添加外载荷的方式获得船体变形对推进轴系的作用并进行拟合,得到各轴承测点处船体变形激励的变化。将各轴承位置的垂向位移设为激励输入,得到船舶轴系扭转振动的频响函数图,模拟不同实际海况下的船舶轴系动态特性。结果表明,船体变形对船舶推进轴系扭转振动影响明显,改变航速、浪高、浪向角,扭转振动曲线的波峰位置几乎不会发生变化,但峰值大小明显不同。     

陀螺效应对船舶推进轴系回旋振动的影响

本文将陀螺效应应用到船舶推进轴系的回旋振动计算中,在轴系回旋振动几何模型的基础上建立有、无陀螺效应的计算模型,并给出轴系回旋振动时的临界转速。文章选取5艘已设计完成的船舶推进轴系为实例,采用两种计算模型分析各自的回旋振动临界转速。结果表明,陀螺效应提高了船舶推进轴系回旋振动的临界转速,为设计过程中精确确定轴系的转速禁区给出了依据。     

基于波分析法油膜刚度对轴系扭转振动影响的研究

为确保带减速齿轮箱主推进系统的可靠性,文章对船舶轴系的扭转振动进行了研究。首先根据各组成部件的特点将轴系分解为连续和离散的两个子系统,分别利用波分析法和多自由度系统分析法列出连续子系统的波动形式及离散子系统的振动微分方程,同时考虑了减速齿轮箱油膜刚度的影响。然后根据两子系统连接处的动态平衡和连续条件,建立整个轴系在扭转振动模式下总运动方程,通过求解总方程得到系统的位移响应。该扭转振动分析被应用到某LNG船带减速齿轮箱的轴系振动计算中,通过考虑轴系减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度使轴系扭转振动模型更接近轴系实际运转工况。计算结果显示：随着减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度的增加,最大轴系扭转应力向低转速区域偏移。这对船舶轴系转速禁区的划分产生极大的影响。有助于防止因不良轴系振动计算引起轴系事故的发生。     

基于波分析法油膜刚度对轴系扭转振动影响的研究（英文）

为确保带减速齿轮箱主推进系统的可靠性,文章对船舶轴系的扭转振动进行了研究。首先根据各组成部件的特点将轴系分解为连续和离散的两个子系统,分别利用波分析法和多自由度系统分析法列出连续子系统的波动形式及离散子系统的振动微分方程,同时考虑了减速齿轮箱油膜刚度的影响。然后根据两子系统连接处的动态平衡和连续条件,建立整个轴系在扭转振动模式下总运动方程,通过求解总方程得到系统的位移响应。该扭转振动分析被应用到某LNG船带减速齿轮箱的轴系振动计算中,通过考虑轴系减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度使轴系扭转振动模型更接近轴系实际运转工况。计算结果显示:随着减速齿轮箱啮合齿面间油膜刚度的增加,最大轴系扭转应力向低转速区域偏移。这对船舶轴系转速禁区的划分产生极大的影响。有助于防止因不良轴系振动计算引起轴系事故的发生。     

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.     

大型船舶推进轴系与船体变形耦合响应分析

船舶大型化使得船体变形对推进轴系的影响越来越突出。在研究大型集装箱船的基础上,采用有限元法探讨了大型集装箱船全船结构有限元模型和推进轴系的建模方法,波浪载荷计算方法以及轴系振动响应分析技术。以一艘8530TEU集装箱船为研究对象,实现了全船有限元分析全过程,对不同工况下推进轴系轴承支撑点处的船体变形进行了计算分析与讨论。采用ANSYS软件建立轴系有限元模型,施加不同的船体变形激励对轴系振动响应进行了分析。研究结果对轴系减振及避振措施具有一定的参考意义。     

船舶推进轴系振动与功率测量系统设计

传动轴系的功率和振动测试是船舶动力测试的主要内容,决定着船舶的整体性能,甚至影响到船舶航行的安全和可靠。本文基于信号分析和处理技术,设计船舶推进轴系振动与功率测量装置,能够对轴系功率和振动信号进行精确测量。采用设计的船舶推进轴系功率测量系统进行某船舶的轴功率和轴系振动测试实验。实验结果表明,本系统所测轴系纵向振动和回旋振动共振转速误差分别小于1.24%和1.09%,幅值误差分为小于1.23%和1.06%,峰峰值误差分别小于2.26%和2.13%,所测不同转速下轴心轨迹形状与理论轨迹趋向相吻合,满足实际测量要求。