舰船推进轴系动力学建模及冲击响应分析研究
发布时间：2021-08-04 08:39
为了探究在冲击载荷作用下的轴系冲击响应特性,在对某舰船推进轴系系统组成特点和喷泵、齿轮和联轴器等元件进行分析的基础之上,建立了三维有限元模型和有限梁单元模型;同时根据梁单元和冲击理论,推导得到有限梁单元模型对应的冲击响应运动方程.分别采用有限元法和数值分析方法,对轴系两种模型进行模态计算与分析;同时对轴系进行冲击载荷响应计算与分析,由于有限元模型可以采用参数化建模,可以替代有限梁单元模型的简化及迭代计算过程,提高了轴系在设计阶段轴系抗冲击载荷的模拟仿真计算的效率.
【文章来源】：三峡大学学报(自然科学版). 2020,42(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
舰船推进轴系有限元模型
船舶动力推进系统是船舶动力的提供者,对船舶营运的经济性、机动性、安全可靠性等起着至关重要的作用.本文以某船舶推进轴系为研究对象,开展在外冲击作用下的轴系冲击响应研究.该舰船推进轴系由柴油机、高弹性联轴器、齿轮箱、LH4920型高弹性联轴器、金属轴和复合轴组成的传动轴、LH4910型高弹性联轴器、泵轴和喷泵等组成.为了准确描述该船舶推进轴系动力学特性,将喷泵、齿轮和联轴器等按照部件本身的结构尺寸、质量和材料特性进行等效处理,使其更加符合工程实际.按等效原则简化后,各轴段的材料属性见表1;同时根据表1中所示的轴段属性,利用Solidwork三维建模软件建立传动轴系三维模型,如图1所示.表1 某舰船推进轴系各轴段属性 轴段 长度/mm 外直径/mm 内直径/mm 质量/kg 弹性模量/Pa 泊松比 标识 1 270 95 0 15 2.06×1011 0.3 喷泵-1-输出轴 2 100 348 0 46 2.06×1011 0.3 喷泵-2-叶轮 3 1 285 95 0 64 2.06×1011 0.3 喷泵-3-输入轴 4 15 250 120 15.2 2.06×1011 0.3 喷泵-法兰 5 15 250 120 4 2.06×1011 0.3 LH4910-法兰 6 480 180 160 20 2.06×1011 0.3 LH4910-法兰 7 30 460 120 37 2.06×1011 0.3 LH4910-法兰 8 70 427 300 22 1.27×106 0.47 LH4910-高弹 9 20 460 120 28 2.06×1011 0.3 LH4910-法兰 10 417 80 0 16 1.81×1011 0.32 金属材料轴 11 15 258 0 6 1.81×1011 0.32 金属材料轴-法兰 12 15 258 160 0.77 1.17×1010 0.3 复合材料轴-法兰 13 85 190 160 1.12 1.17×1010 0.3 复合材料轴 14 2 420 190 170 21.9 1.17×1010 0.3 复合材料轴 15 85 190 160 1.12 1.17×1010 0.3 复合材料轴 16 15 258 160 0.77 1.17×1010 0.3 复合材料轴-法兰 17 15 258 0 6 1.81×1011 0.32 金属材料轴-法兰 18 408 80 0 16 1.81×1011 0.32 金属材料轴 19 15 210 0 4 1.81×1011 0.32 金属材料轴-法兰
船舶推进轴系其实质是一个多支承的连续梁系统,因此可采用有限元法将该系统划分为由有限个梁单元拼接而成,本文采用由具有垂向y和转角θ的2个自由度的梁单元节点,如图3所示的梁单元模型.根据梁弯曲振动理论,其位移和转角满足节点位移和转角连续的条件,从而得到梁单元对应的质量矩阵和刚度矩阵:
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶推进轴系的扭转-纵向冲击响应[J]. 杨翼,王旭荣,王明坤,吴毅,戴义平. 振动与冲击. 2017(13)
[2]基于船舶艉轴—油膜—艉部结构系统的碰撞载荷响应研究[J]. 董良雄,杨意,高军凯,龚雅萍. 中国舰船研究. 2017(01)
[3]舰船弹性支撑推力轴承抗冲击特性研究[J]. 刘学斌,徐伟,何江洋. 船舶工程. 2016(11)
[4]考虑转速的船舶推进轴系建模和冲击响应分析（英文）[J]. 纪昌禄,蒋丰. 船舶力学. 2013(12)
[5]多支点处不同冲击作用下的舰船推进轴系冲击计算及分析[J]. 李增光,马忠俊. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2013(03)
[6]不同激励载荷下水面舰艇推进轴系冲击响应分析[J]. 于大鹏,汪玉,杜俭业. 船舶工程. 2012(S2)
[7]考虑转速的舰船推进轴系抗冲击计算和分析[J]. 李增光,邹春平. 噪声与振动控制. 2012(01)
[8]舰船动力轴系冲击响应性能分析[J]. 汪玉,计晨,杜俭业,祝长生. 振动与冲击. 2011(05)
[9]船舶推进轴系抗冲击动力学建模与仿真[J]. 孙洪军,郑荣. 噪声与振动控制. 2003(04)
本文编号：3321387
【文章来源】：三峡大学学报(自然科学版). 2020,42(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
舰船推进轴系有限元模型
船舶动力推进系统是船舶动力的提供者,对船舶营运的经济性、机动性、安全可靠性等起着至关重要的作用.本文以某船舶推进轴系为研究对象,开展在外冲击作用下的轴系冲击响应研究.该舰船推进轴系由柴油机、高弹性联轴器、齿轮箱、LH4920型高弹性联轴器、金属轴和复合轴组成的传动轴、LH4910型高弹性联轴器、泵轴和喷泵等组成.为了准确描述该船舶推进轴系动力学特性,将喷泵、齿轮和联轴器等按照部件本身的结构尺寸、质量和材料特性进行等效处理,使其更加符合工程实际.按等效原则简化后,各轴段的材料属性见表1;同时根据表1中所示的轴段属性,利用Solidwork三维建模软件建立传动轴系三维模型,如图1所示.表1 某舰船推进轴系各轴段属性 轴段 长度/mm 外直径/mm 内直径/mm 质量/kg 弹性模量/Pa 泊松比 标识 1 270 95 0 15 2.06×1011 0.3 喷泵-1-输出轴 2 100 348 0 46 2.06×1011 0.3 喷泵-2-叶轮 3 1 285 95 0 64 2.06×1011 0.3 喷泵-3-输入轴 4 15 250 120 15.2 2.06×1011 0.3 喷泵-法兰 5 15 250 120 4 2.06×1011 0.3 LH4910-法兰 6 480 180 160 20 2.06×1011 0.3 LH4910-法兰 7 30 460 120 37 2.06×1011 0.3 LH4910-法兰 8 70 427 300 22 1.27×106 0.47 LH4910-高弹 9 20 460 120 28 2.06×1011 0.3 LH4910-法兰 10 417 80 0 16 1.81×1011 0.32 金属材料轴 11 15 258 0 6 1.81×1011 0.32 金属材料轴-法兰 12 15 258 160 0.77 1.17×1010 0.3 复合材料轴-法兰 13 85 190 160 1.12 1.17×1010 0.3 复合材料轴 14 2 420 190 170 21.9 1.17×1010 0.3 复合材料轴 15 85 190 160 1.12 1.17×1010 0.3 复合材料轴 16 15 258 160 0.77 1.17×1010 0.3 复合材料轴-法兰 17 15 258 0 6 1.81×1011 0.32 金属材料轴-法兰 18 408 80 0 16 1.81×1011 0.32 金属材料轴 19 15 210 0 4 1.81×1011 0.32 金属材料轴-法兰
船舶推进轴系其实质是一个多支承的连续梁系统,因此可采用有限元法将该系统划分为由有限个梁单元拼接而成,本文采用由具有垂向y和转角θ的2个自由度的梁单元节点,如图3所示的梁单元模型.根据梁弯曲振动理论,其位移和转角满足节点位移和转角连续的条件,从而得到梁单元对应的质量矩阵和刚度矩阵:
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶推进轴系的扭转-纵向冲击响应[J]. 杨翼,王旭荣,王明坤,吴毅,戴义平. 振动与冲击. 2017(13)
[2]基于船舶艉轴—油膜—艉部结构系统的碰撞载荷响应研究[J]. 董良雄,杨意,高军凯,龚雅萍. 中国舰船研究. 2017(01)
[3]舰船弹性支撑推力轴承抗冲击特性研究[J]. 刘学斌,徐伟,何江洋. 船舶工程. 2016(11)
[4]考虑转速的船舶推进轴系建模和冲击响应分析（英文）[J]. 纪昌禄,蒋丰. 船舶力学. 2013(12)
[5]多支点处不同冲击作用下的舰船推进轴系冲击计算及分析[J]. 李增光,马忠俊. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2013(03)
[6]不同激励载荷下水面舰艇推进轴系冲击响应分析[J]. 于大鹏,汪玉,杜俭业. 船舶工程. 2012(S2)
[7]考虑转速的舰船推进轴系抗冲击计算和分析[J]. 李增光,邹春平. 噪声与振动控制. 2012(01)
[8]舰船动力轴系冲击响应性能分析[J]. 汪玉,计晨,杜俭业,祝长生. 振动与冲击. 2011(05)
[9]船舶推进轴系抗冲击动力学建模与仿真[J]. 孙洪军,郑荣. 噪声与振动控制. 2003(04)
本文编号：3321387
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