船舶推进轴系振动分析研究

发布时间：2017-10-26 05:27

  本文关键词：船舶推进轴系振动分析研究

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【摘要】：轴系作为整个船舶动力装置的重要组成部分，包括从主机输出端法兰到螺旋桨之间的传动轴、轴承以及联轴器等部件，连接着主机和螺旋桨，其在实际工作过程中，会受到各种冲击载荷和周期激振力的作用，冲击载荷的作用时间短，其激起的振动往往会因为轴系结构中的各种阻尼作用而迅速衰减，而周期激振力，如主机激励、螺旋桨激励等等，因持续作用于推进轴系，使激起的轴系振动无法迅速衰减，最终将导致推进轴系的稳态振动，如轴系的扭振、纵振和回振等。当这种振动超出轴系结构可接受的安全范围时，将会引发轴系结构的各种故障，甚至引起主机机体振动、船体振动等等，这些都将影响船舶的运行效率及安全。因此，开展对船舶推进轴系的振动研究具有十分重要的意义。 本文在轴系振动理论的基础上，首先利用MATLAB软件开发了集轴系扭转振动、纵向振动和回旋振动计算于一体的轴系振动计算软件，并通过实例验证了软件的正确性，接着利用开发的软件对本文研究平台轴系试验台进行扭振、纵振及回振的计算；其次，，根据轴系试验台各零件的图纸参数，同时参考实体模型，联合三维建模软件SolidWorks、有限元分析软件ANSYS及多体动力学仿真软件ADAMS建立了轴系试验台的刚柔混合模型，并基于该模型分别进行了不同工况下的扭振仿真分析，得到轴系的角速度和扭转角位移幅值曲线，同时对各工况下的扭转角位移幅值曲线进行了频谱分析；然后，基于SolidWorks中建立的三维实体模型，在ANSYS中建立了轴系试验台回振有限元模型，对其施加约束及模态分析后，得到其回振固有频率及振型；最后，将理论计算结果与仿真计算结果进行比较，相互验证计算结果的准确性并说明采用理论计算方法和利用多体动力学软件进行扭振分析及利用有限元软件进行回振分析的可行性。
【关键词】：轴系振动 理论计算 多体动力学 有限元
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景和研究意义9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 轴系扭转振动计算9-12
• 1.2.2 轴系纵向振动计算12-13
• 1.2.3 轴系回旋振动计算13-14
• 1.2.4 多体动力学仿真14-15
• 1.3 课题来源15
• 1.4 主要研究内容15-16
• 第2章 轴系振动理论16-39
• 2.1 概述16
• 2.2 扭转振动16-26
• 2.2.1 轴系扭转振动的简化模型16-18
• 2.2.2 扭振自由振动计算方法18-21
• 2.2.3 扭振激励及阻尼系数21-24
• 2.2.4 扭振强迫振动计算方法24-26
• 2.3 纵向振动26-33
• 2.3.1 轴系纵向振动的简化模型27-28
• 2.3.2 纵振自由振动计算方法28-30
• 2.3.3 纵振激励及阻尼系数30-32
• 2.3.4 纵振强迫振动计算方法32-33
• 2.4 回旋振动33-38
• 2.4.1 轴系回旋振动的简化模型33
• 2.4.2 回振自由振动计算方法33-37
• 2.4.3 回振阻尼和激励37
• 2.4.4 回振强迫振动计算方法37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 轴系振动计算软件开发39-74
• 3.1 概述39
• 3.2 需求分析及总体方案设计39-41
• 3.2.1 需求分析39-40
• 3.2.2 总体方案设计40-41
• 3.3 软件开发关键技术41-53
• 3.3.1 软件开发平台41-42
• 3.3.2 子模块程序框图42-46
• 3.3.3 界面设计及使用介绍46-53
• 3.4 计算实例53-60
• 3.4.1 扭振计算实例53-56
• 3.4.2 纵振计算实例56-58
• 3.4.3 回振计算实例58-60
• 3.5 轴系试验台振动计算60-73
• 3.5.1 轴系试验台参数60-61
• 3.5.2 扭转振动计算61-65
• 3.5.3 纵向振动计算65-70
• 3.5.4 回旋振动计算70-73
• 3.6 本章小结73-74
• 第4章 轴系振动仿真计算74-96
• 4.1 多体系统动力学理论74-75
• 4.2 软件平台及振动仿真分析过程75-78
• 4.2.1 软件平台75-76
• 4.2.2 振动仿真分析过程76-78
• 4.3 轴系仿真模型建立78-84
• 4.3.1 多刚体模型的建立78-82
• 4.3.2 柔体模型的建立82-84
• 4.3.3 轴系刚柔混合模型的建立84
• 4.4 轴系的扭转振动分析84-91
• 4.4.1 添加驱动及载荷84-86
• 4.4.2 仿真结果分析86-91
• 4.5 轴系横向振动分析91-95
• 4.5.1 有限元模型建立91-93
• 4.5.2 仿真结果分析93-95
• 4.6 本章小结95-96
• 第5章 总结与展望96-98
• 5.1 总结96
• 5.2 展望96-98
• 致谢98-99
• 参考文献99-101

【参考文献】

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本文编号：1097234