AutoCAD与CATIA软件在船舶轴系振动特性分析的应用
发布时间：2021-06-15 09:38
船舶轴系将来自柴油主机的功率和转矩传送到螺旋桨,使舰船产生前进的动力。由于轴系受到来自螺旋桨等设备的激振力,在工作过程中会产生径向振动和轴向振动,影响轴系的稳定性。为了提高船舶轴系的振动分析效率与精度,本文结合AutoCAD和CATIA软件的参数化建模功能,将轴系模型导入振动仿真软件Ansys平台中,结合轴系的运动特性方程进行振动响应分析。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(22)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
船舶轴系的示意图Fig.1Schematicdiagramofshipshafting
??２僮饕膊环?便，因此，借助其他二维、三维建模软件进行模型的构建，然后将模型导入Ansys中进行单元划分，最终完成振动特性有限元分析。CATIA软件是法国达索公司研发的一款CAD/CAE一体化软件，被大量应用于航空航天、船舶制造、汽车等领域。AutoCAD是一款常用的二维、三维绘图软件，也是工程领域必不可少的使用工具。本文结合AutoCAD和CATIA软件构建船舶的轴系三维仿真模型，并在CATIA的装配模式下建立了螺旋桨、中间轴、轴承等模型。图2为基于CATIA软件的船舶轴系建模。图2基于CATIA软件的船舶轴系建模Fig.2ModelingofshipshaftingbasedonCATIAsoftware2.2基于Ansys的船舶轴系振动特性仿真在进行船舶轴系的振动特性仿真时，需要对以下参数进行合理的设定：1）轴系自振固有频率采用单质量近似算法计算轴系的自振固有频率，如下式：f=Fr√KMp+m/32πHz,式中：Fr为轴系的柔性系数，Mp为激振力矩，K为纵向刚度。2）推力轴承的刚度[3]轴系元件的刚度用KT表示，单位为N/m，计算公式为：KT=Fpσ,式中：Fp为作用于推力轴承的轴向作用力，σ为推力轴承的形变量。由于轴系中推力轴承直接与船体相连，因此船体的局部形变也会影响轴承的刚度，本文为了简化轴系的振动特性分析，将这部分形变导致的刚度变化直接忽略。3）主轴局部扭转刚度KJ=Tpθ,式中：Tp为主轴受到的扭转力矩，θ为主轴局部由于扭·92·舰船科学技术第42卷
m材料泊松比0.36材料弹性模量2.06e11额定转速200r/min功率18200kW尾轴刚度2.0E9中间轴刚度2.1E9螺旋桨质量13000kg轴承刚度2.56E93）边界条件和载荷施加在轴系振动仿真中，将轴系模型的轴承和艉轴限制六自由度，扭转力矩载荷施加在轴系的中间轴上，在载荷施加的过程选取安全系数为1.5，螺旋桨传递的功率为19000kW。4）求解并输出振动特性曲线本文设定2种扭转载荷，A载荷为30kN·m，B载荷为15kN·m，采集振动幅值曲线如图3所示。图3船舶轴系振动幅值响应曲线Fig.3Vibrationamplituderesponsecurveofshipshafting3结语船舶轴系是动力系统的关键组成部分，近年来，由于船舶吨位和动力系统功率的不断提高，船舶主轴需要传递的转矩越来越大。由于船舶主轴在工作过程中受到来自螺旋桨、船体等结构的激振力，会产生扭转振动，影响主轴的使用质量，因此，针对轴系的振动特性分析有重要作用。本文的研究将Ansys振动特性分析平台与Auto-CAD和CATIA软件结合，利用软件的三维建模能力提高船舶轴系的振动分析效率，取得了良好的效果。参考文献：程明明,崔俊杰.基于Ansys的电动车车架动态特性分析与研究[J].重型汽车,2014(6):15–16.[1]潘公宇,曹丹青,陈玉瑶.排气系统的优化设计与振动特性分析[J].机械制造与自动化,2018(1):118–121.[2]孙炜海,李明,鞠桂玲,等.基于Ansys的变速箱配流试验台轴系的振动特性研究[J].新技术新工艺,2019(12):47–50.[3]于秀坤,朱虹,金基铎,王维.基于Ansys二次开发的输液曲管振动特性分析[J].沈阳航空工业学院学报,2005(5):21–23.[4]第42卷张
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS的变速箱配流试验台轴系的振动特性研究[J]. 孙炜海,李明,鞠桂玲,黄小天. 新技术新工艺. 2019(12)
[2]排气系统的优化设计与振动特性分析[J]. 潘公宇,曹丹青,陈玉瑶. 机械制造与自动化. 2018(01)
[3]基于ANSYS的电动车车架动态特性分析与研究[J]. 程明明,崔俊杰. 重型汽车. 2014(06)
[4]基于ANSYS二次开发的输液曲管振动特性分析[J]. 于秀坤,朱虹,金基铎,王维. 沈阳航空工业学院学报. 2005(05)
本文编号：3230812
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(22)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
船舶轴系的示意图Fig.1Schematicdiagramofshipshafting
??２僮饕膊环?便，因此，借助其他二维、三维建模软件进行模型的构建，然后将模型导入Ansys中进行单元划分，最终完成振动特性有限元分析。CATIA软件是法国达索公司研发的一款CAD/CAE一体化软件，被大量应用于航空航天、船舶制造、汽车等领域。AutoCAD是一款常用的二维、三维绘图软件，也是工程领域必不可少的使用工具。本文结合AutoCAD和CATIA软件构建船舶的轴系三维仿真模型，并在CATIA的装配模式下建立了螺旋桨、中间轴、轴承等模型。图2为基于CATIA软件的船舶轴系建模。图2基于CATIA软件的船舶轴系建模Fig.2ModelingofshipshaftingbasedonCATIAsoftware2.2基于Ansys的船舶轴系振动特性仿真在进行船舶轴系的振动特性仿真时，需要对以下参数进行合理的设定：1）轴系自振固有频率采用单质量近似算法计算轴系的自振固有频率，如下式：f=Fr√KMp+m/32πHz,式中：Fr为轴系的柔性系数，Mp为激振力矩，K为纵向刚度。2）推力轴承的刚度[3]轴系元件的刚度用KT表示，单位为N/m，计算公式为：KT=Fpσ,式中：Fp为作用于推力轴承的轴向作用力，σ为推力轴承的形变量。由于轴系中推力轴承直接与船体相连，因此船体的局部形变也会影响轴承的刚度，本文为了简化轴系的振动特性分析，将这部分形变导致的刚度变化直接忽略。3）主轴局部扭转刚度KJ=Tpθ,式中：Tp为主轴受到的扭转力矩，θ为主轴局部由于扭·92·舰船科学技术第42卷
m材料泊松比0.36材料弹性模量2.06e11额定转速200r/min功率18200kW尾轴刚度2.0E9中间轴刚度2.1E9螺旋桨质量13000kg轴承刚度2.56E93）边界条件和载荷施加在轴系振动仿真中，将轴系模型的轴承和艉轴限制六自由度，扭转力矩载荷施加在轴系的中间轴上，在载荷施加的过程选取安全系数为1.5，螺旋桨传递的功率为19000kW。4）求解并输出振动特性曲线本文设定2种扭转载荷，A载荷为30kN·m，B载荷为15kN·m，采集振动幅值曲线如图3所示。图3船舶轴系振动幅值响应曲线Fig.3Vibrationamplituderesponsecurveofshipshafting3结语船舶轴系是动力系统的关键组成部分，近年来，由于船舶吨位和动力系统功率的不断提高，船舶主轴需要传递的转矩越来越大。由于船舶主轴在工作过程中受到来自螺旋桨、船体等结构的激振力，会产生扭转振动，影响主轴的使用质量，因此，针对轴系的振动特性分析有重要作用。本文的研究将Ansys振动特性分析平台与Auto-CAD和CATIA软件结合，利用软件的三维建模能力提高船舶轴系的振动分析效率，取得了良好的效果。参考文献：程明明,崔俊杰.基于Ansys的电动车车架动态特性分析与研究[J].重型汽车,2014(6):15–16.[1]潘公宇,曹丹青,陈玉瑶.排气系统的优化设计与振动特性分析[J].机械制造与自动化,2018(1):118–121.[2]孙炜海,李明,鞠桂玲,等.基于Ansys的变速箱配流试验台轴系的振动特性研究[J].新技术新工艺,2019(12):47–50.[3]于秀坤,朱虹,金基铎,王维.基于Ansys二次开发的输液曲管振动特性分析[J].沈阳航空工业学院学报,2005(5):21–23.[4]第42卷张
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS的变速箱配流试验台轴系的振动特性研究[J]. 孙炜海,李明,鞠桂玲,黄小天. 新技术新工艺. 2019(12)
[2]排气系统的优化设计与振动特性分析[J]. 潘公宇,曹丹青,陈玉瑶. 机械制造与自动化. 2018(01)
[3]基于ANSYS的电动车车架动态特性分析与研究[J]. 程明明,崔俊杰. 重型汽车. 2014(06)
[4]基于ANSYS二次开发的输液曲管振动特性分析[J]. 于秀坤,朱虹,金基铎,王维. 沈阳航空工业学院学报. 2005(05)
本文编号：3230812
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