船舶推進(jìn)軸系回旋振動(dòng)關(guān)鍵因素及機(jī)理研究.pdf

1、船舶動(dòng)力裝置作為船舶的心臟和船舶動(dòng)力的提供者，對船舶營運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性、機(jī)動(dòng)性、安全可靠性等起著至關(guān)重要的作用。隨著船舶工業(yè)的發(fā)展，造船技術(shù)及造船工藝水平的提高，以及國際海事組織（IMO）《新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)》、《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》等一系列法規(guī)的生效與實(shí)施，船舶行業(yè)對船舶動(dòng)力裝置提出了更高的要求，促使各種新型的船舶動(dòng)力裝置不斷涌現(xiàn)，使得推進(jìn)軸系構(gòu)成更趨復(fù)雜，推進(jìn)軸系所受到的激勵(lì)更加多樣化，從而使推進(jìn)軸系的振動(dòng)特性也更加復(fù)雜；傳統(tǒng)的推進(jìn)軸系振動(dòng)理

2、論計(jì)算方法，特別是回旋振動(dòng)計(jì)算方法難以滿足工程設(shè)計(jì)計(jì)算的需要，因此，急切需要根據(jù)船舶動(dòng)力裝置的最新發(fā)展，深入研究復(fù)雜動(dòng)力裝置的振動(dòng)機(jī)理及振動(dòng)特性，更好地位工程實(shí)際服務(wù)。正是在這一研究背景下，論文圍繞自行設(shè)計(jì)開發(fā)的狀態(tài)可調(diào)的轉(zhuǎn)子軸系回旋振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，針對船舶推進(jìn)軸系中典型零部件，綜合采用數(shù)學(xué)推導(dǎo)、數(shù)值計(jì)算、動(dòng)力學(xué)仿真和試驗(yàn)等手段，以撓曲軸線為研究對象，開展推進(jìn)軸系回旋振動(dòng)單元模型、典型零部件對撓曲軸系振動(dòng)影響規(guī)律、撓曲軸系響應(yīng)計(jì)算等理論和試

3、驗(yàn)研究，具體研究內(nèi)容如下。
　　1)從材料力學(xué)和彈性力學(xué)的基本原理入手，基于離散系統(tǒng)有限元算法，引入虛數(shù)特征值及虛數(shù)特征向量，推導(dǎo)了四自由度各向異性系統(tǒng)的受迫振動(dòng)響應(yīng)方程，建立了各零部件的單元模型，分析了零部件在軸系運(yùn)行過程中的動(dòng)力學(xué)特性。
　　2)以支承軸承、聯(lián)軸器、連接法蘭等決定軸系狀態(tài)的關(guān)鍵零部件為研究對象，基于其物理位置狀態(tài)，通過軸系各零部件的結(jié)構(gòu)特性及受力分析，推導(dǎo)得出了軸承變位負(fù)荷分配計(jì)算方法，轉(zhuǎn)軸不對中不平衡力

4、/力矩模型、彈性撓曲軸段的彎曲應(yīng)力模型等單項(xiàng)擾動(dòng)模型，通過仿真分析了擾動(dòng)項(xiàng)對回旋振動(dòng)的影響。
　　3)軸系零部件的狀態(tài)變化一般以二次激勵(lì)的形式對其他零部件造成影響，使得振動(dòng)情況更加復(fù)雜。因此以目前船舶推進(jìn)軸系合理校中的主要調(diào)整對象軸承變位為研究對象，通過分析各零部件之間的物理位置關(guān)系，結(jié)合動(dòng)力學(xué)參數(shù)模型與擾動(dòng)模型，推導(dǎo)了軸承變位對軸線撓曲程度、轉(zhuǎn)軸偏移曲折不對中情況、軸承負(fù)荷分配后的動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化等影響關(guān)系，并以試驗(yàn)臺(tái)為原型建模，

5、對單項(xiàng)擾動(dòng)及完整撓曲軸系進(jìn)行了理論計(jì)算與仿真分析。推導(dǎo)了復(fù)雜軸系撓曲狀態(tài)的表征方法。
　　4)搭建了軸系狀態(tài)可調(diào)控的多功能轉(zhuǎn)子軸系回旋振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，以試驗(yàn)臺(tái)為原型建模，對臺(tái)架無撓曲狀態(tài)，以及三種預(yù)設(shè)軸系狀態(tài)開展了試驗(yàn)測試，通過仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)的對比，證明了本文所推導(dǎo)理論的正確性。
　　5)推導(dǎo)了基于軸系撓曲狀態(tài)的回旋振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算方法。以某船推進(jìn)軸系為研究對象，建立了理論分析模型，對該軸系的固有特性與撓曲狀態(tài)進(jìn)行了理論