邮轮推进器舱结构动力学优化设计

发布时间：2020-03-30 03:50

【摘要】：邮轮对操纵性和振动噪音有严格的要求,目前普遍采用吊舱推进器。推进器舱位于螺旋桨正上方,是船体局部振动集中的区域。针对吊舱推进器可定量分析其激励力,并通过改进推进器舱结构降低结构振动,改善振动传递。目前工程上主要通过错开激励力频率与船体结构固有频率降低结构振动,船体振动传递特性主要应用计算传递函数的方法,针对结构振动的优化也以经验方法为主。因此,本文首先对吊舱推进器与主船体进行耦合振动计算研究,并运用3种方法进行了传递特性分析,最终采用结构拓扑优化方法降低结构振动响应,在拓扑优化计算的基础上得到振动优化设计方案。本文研究内容包括:(1)根据船体结构图与总布置图建立4种尺度范围的振动计算有限元模型,对不同尺度范围的模型进行固有频率计算,分析吊舱推进器与主船体耦合振动效应,选取适合振动响应计算的模型。(2)应用两种求解器计算振动响应,并确定推进器舱振动响应约束。应用振动响应直接对比的方法和计算传递函数的方法定量分析了振动的传递,并运用功率流法对推进器舱结构进行振动传递定性分析。(3)在振动响应与传递分析的基础上,建立3个结构动力学拓扑优化模型,并应用变密度材料插值模型,以振动速度响应为约束,体积分数最小为目标进行拓扑优化计算,探索插值函数、不同模型设计区域对优化结果的影响,对比总结得到推进器舱结构设计方案。对优化后的设计方案进行响应计算和质量对比,完成推进器舱结构动力学优化设计。
【图文】：

总布置图,邮轮,总布置图,尾部

- 9 -图 2-1 邮轮尾部总布置图Fig.2-1 The general arrangement layout of cruise’s stern吊舱推进器拥有推进效率高，空间配置灵活、节省舱容，振动噪音小，机动性高与操纵性优良等优点。以 Azipod XO2500 全回转吊舱推进器[30]为例，其安装特点如图 2-2 中 a 图所示，最上层是安装在船体内的操作室，内部配有电动液压操作系统，可以对推进器的方向等进行控制；中间是方位模块，，配有转向电机和齿轮箱；最下层为推进器模块，也是吊舱式推进器的主体部分。推进器模块前段为 5 叶螺旋桨，由电机直接驱动，吊舱推进器与船体相连的部位需要有局部加强结构，依据 LR 船级社规定，方位模块四周有辐射状的强支持结构，并在吊舱推进器周围设置横向与纵向的桁材作为支撑，如图 2-2 中 b 图所示。在建立有限元模型过程中，应当考虑吊舱推进器质量，并将其附属机械结构的质量合理施加至船体上。

吊舱推进器,局部结构,舷外

a) 吊舱推进器布置形式a) The pod arrangementb) 吊舱推进器周围局部结构b) Local scantling of pod structure图 2-2 吊舱推进器布置与局部结构Fig.2-2 The arrangement and local scantling of pod2.2 船尾振动特性与频响计算方法进行船体尾部振动特性计算时，需考虑到舷外水对振动的影响。舷外水对船体的影响有重力影响、阻尼影响和惯性质量影响。重力影响源于船舶的浮力变化，船体垂向振动时，水体类似于船体梁的弹性基座，但重力影响一般较小不计。舷外水的阻尼影响可分为船体与流体摩擦产生的阻尼和表面波与压力波引起的能量损耗。但这些阻尼难以单独计算，因此，常用的做法是舷外水引起的阻尼与船体结构内阻尼一起考虑，作为湿模态下的模态阻尼。虽然阻尼在不同频率下是有差异的，但通常在计算中取为一个常数。惯性质量影响源于舷外水参与船体振动，一部分舷外水与船体一起振动，这部分舷外水质量称为附连水质量，它与船体本身质量为同一量级，因此不能忽略。附连水质量与船舶的型线、振动阶次以及水
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.3

【参考文献】