Uncertainty analysis of propulsion shafting vibration北大核心CSCD

［Objective］In view of the insufficient safety and reliability of the traditional deterministic vibration analysis of ship propulsion shafting system, the vibration response analysis of the shafting system under uncertain excitation conditions is carried out. ［Methods］Using non-random vibration analysis based on non-probabilistic convex model process, the uncertain excitation and vibration response are described in the form of the upper and lower bounds of the interval to reduce dependence on a large amount of excitation sample data. Compared with the calculation results in the relevant literature, the validity of the program for solving the response bound of the two-degrees-of-freedom (2-DOFs) system is verified, and the uncertain vibration problem of the shafting system is then explored on this basis. ［Results］The results show that when the shafting system is excited by [−30 N, 30 N] propeller laterally, a displacement response of the magnitude of about 10−6 m is generated at the bearing. It is also indicate that the shafting system is excited in a certain interval, so a certain interval response must be produced. ［Conclusions］Applying the non-probabilistic convex model process and non-random vibration analysis to the field of the uncertain vibration analysis of ship propulsion shafting system, the vibration displacement response bound of the shafting under uncertain excitation conditions can be obtained with fewer excitation samples, thereby providing useful references for improving the robustness of the dynamic response prediction of ship propulsion shafting systems. © 2023 Chinese Journal of Ship Research. All rights reserved.     

极地船轴系的强度设计分析

极地船舶的开发是我国极地战略目标的重要支撑部分，而船舶的动力心脏——推进系统的强度设计因极地冰区的多工况航行变得更为复杂。为保证船舶在极地航行的可靠性和安全性，该文介绍了DNV船级社关于极地船轴系强度的基本设计理念和相应的规范要求。关于冰载激励对推进系统设备的影响，DNV基于其经验推荐了1种考虑柴油机气缸激励和冰载激励相位角的数字解决方案。文中应用DNV开发的Nauticus Machinery软件对某PC4级别的冰区船舶轴系分别进行了时域和频域扭振计算，然后采用Palmgren-Miner线性累积疲劳方法进行了该轴系尺寸的合规性分析，并对时域分析结果和频域分析结果进行了比较。针对极区船推进轴系的强度设计，文章提出了1种迭代方案来进行轴系的尺寸设计及优化。     

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。     

Long marine shafting alignment and optimization considering propeller hydrodynamic force in wake field北大核心CSCD

[目的]针对计入螺旋桨水动力的舰船轴系校中计算,传统方法通常容易忽略船体伴流场的影响,使得螺旋桨水动力计算的结果与真实值之间存在较大偏差,从而导致轴系校中精度下降。[方法]以某舰船长轴系为对象,建立桨-轴-船一体化有限元模型及其伴流场流域模型,利用CFD数值仿真的叠模方法计算螺旋桨水动力;采用流固耦合法将流体计算结果作用于螺旋桨表面,进行轴系校中计算,并得到螺旋桨水动力对轴系整体挠曲线及各轴承状态参数的影响规律。在此基础上,引入多目标优化算法开展轴系多目标优化校中,来解决轴系末端四套轴承间载荷差值过大的问题。[结果]考虑螺旋桨水动力后,轴系尾部挠度变化减小,越靠近螺旋桨处的轴承其载荷所受影响越大,载荷值随进速系数的增大而减小;对比多目标优化前后的轴系校中状态,轴系各轴承之间的载荷差值明显减小,轴系运行状态得到改善。[结论]所提方法提高了计入螺旋桨水动力的轴系校中计算精度,可为轴系校中质量的提升提供参考。     

不同支撑方案下汽轮给水泵组的轴系振动特性

以某型汽轮给水泵组轴系为研究对象，提出轴承对外传递力的计算方法。对比分析不同轴承支撑方案下轴系的振动特性及轴承对外传递力的特性，进行机组轴系支撑方案论证研究。结果表明：在汽轮机单侧和双侧支撑方案下，机组轴系均可在额定工况转速范围内安全可靠地运行；在额定转速下，采用单侧支撑方案的机组，其各轴承外传力大于采用双侧支撑方案的机组，但在3000r/min以下的低速工况时，2种方案下的机组轴承外传力基本一致，且单侧支撑下中间轴承的外传力更小。该结论对于该类型汽轮给水泵组的结构设计具有一定参考价值。     

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。     

某轮损坏齿轮箱的修复设计与安装实践

某轮原有日本产5 760 kW齿轮箱因事故损坏，由国内厂家自主设计制造替代产品并上船安装，文章介绍了该大型传动齿轮箱的国产化替代修理的全过程。该项目涉及损坏设备的现场测绘、机械设备设计制造、齿轮箱和推进轴系的多方位复杂安装技术等各个方面，是国内企业设备设计制造和船厂修理安装工艺的里程碑应用实践，可为损坏的齿轮箱修理提供参考依据。     

车用滚装船轴系振动异常诊断与诊治

针对某型车用滚装船试航过程中出现的轴系纵向窜动过大导致的纵振超标问题，建立面向超长轴系的纵-扭耦合振动分析模型，综合分析轴系固有特性变化规律，并结合实船测试结果，确定轴系振动异常是由轴系纵振与主机运行转速匹配不当所致。开展轴系振动异常诊治研究，提出多种面向超长轴系的结构优化及振动控制策略，预测多诊治措施下的振动发展走向。结合现场实际状态选择最优诊治方案并进行试航验证，结果发现轴系纵振得到明显改善。     

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。     

纵向阻尼器在长轴系船舶中的轴系减振应用

针对某大型滚装船超长轴系产生异常纵向振动的问题，分析产生振动的根本原因，对比多种减振措施的使用效果，重点研究纵向阻尼器(Shaft Axial Vibration Damper, SAVD)在长轴系船舶中的应用。研究结果表明：SAVD对超长轴系的减振作用显著，可有效解决长轴系的纵振问题。