弹性螺旋桨-轴系建模及振动特性的解析方法研究

发布时间：2025-02-15 10:04

　　 为考虑螺旋桨自身弹性对桨-轴系统振动特性的影响,建立了一套基于Timoshenko梁理论的解析方法。将螺旋桨、轴系均用Timoshenko梁建模,结合桨叶与轴系连接处的协调条件及其边界条件,给出系统横向、纵向自由振动的控制方程;在同有限元结果对比表明本方法具有良好精度基础上,分析了桨叶弹性对系统模态的影响及桨-轴系统的力传递特性。研究表明:桨-轴系统的模态振型中螺旋桨叶片和轴系的弹性变形同时发生且相互影响,叶片弯曲模态会加剧轴系振动;作用于桨叶的激励引起的桨-轴系统轴承处的纵向传递力被桨叶弯曲和轴系纵振两阶模态显著放大,而横向传递力主要由桨叶及轴系的弯曲模态控制。

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【部分图文】：

图1 船舶螺旋桨-轴系振动模型

船舶螺旋桨-轴系的原理模型如图1(a)所示。本文将轴系和螺旋桨叶片均简化成同时考虑横向和纵向振动的Timoshenko梁模型,桨毂由于刚度比较大,以附加在轴系左端的集中质量点模拟,其质量和转动惯量分别为m,J。为表示方便将代表轴系的梁编号为0,代表桨叶的梁分别编号1和2。轴系被后....

图2 桨叶及轴系各跨段的坐标系

轴系被艉轴承分割为不连续的3跨段模型,不易用统一的函数关系表示整段轴系的振动响应,但是分割点两侧须满足力平衡条件和位移连续条件,因此不同跨段振动响应的关系可由传递矩阵法给出[15]。轴系横向振动时分割点两侧的剪力与轴承反力平衡,挠度、转角及弯矩相等,第j(j=1,2)段和j+1段....

图3 螺旋桨-轴系有限元模型

为研究桨叶弹性对系统振动特性的影响,对图3中的两叶弹性桨-轴模型进行参数化分析,通过改变桨叶弹性模量以模拟不同刚度的螺旋桨,比较系统的前五阶模态频率与振型的变化,结果如图4和表3所示。图4前五阶模态频率随桨叶刚度的变化

图4 前五阶模态频率随桨叶刚度的变化

图3螺旋桨-轴系有限元模型由图4可知,随着桨叶刚度的增加,系统前五阶的模态频率都逐渐增大,但是在不同的刚度范围内各阶频率变化趋势不同,第1阶频率在桨叶刚度大于1010Pa后基本不再变化,说明此时系统最低阶频率由轴系控制,第2～第4阶模态频率在1010～1012Pa内随刚度增....

本文编号：4034136