海水润滑船舶艉轴承沟槽结构的有限元分析

发布时间：2017-08-30 14:18

  本文关键词：海水润滑船舶艉轴承沟槽结构的有限元分析

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【摘要】：船舶艉轴承是船舶艉管推进系统的重要组成部分，它支撑着艉轴和螺旋桨，是内部和外部动力交换的一个重要环节，所以基于有限元法，研究不同沟槽结构对船舶艉轴承的力学性能影响以及对其进行沟槽结构优化是十分有必要的。 本文对不同沟槽结构艉轴承在径向载荷条件下进行了有限元静力分析；在考虑弹流润滑效应下，利用多重网格法求解了不同板条形式艉轴承的弹流润滑问题，并再次对艉轴承进行了静力分析；建立艉轴轴颈与轴套接触对模型，对其进行接触应力有限元分析；基于静力分析结果，对艉轴承沟槽尺寸进行结构优化。 1）建立艉轴承有限元模型，以不同螺旋槽数目、不同螺旋槽半径大小和不同螺旋角度的船舶艉轴承为研究对象，对其进行有限元静力结构分析，初步对比分析了不同形式的螺旋槽结构对船舶艉轴承应力应变和弹性形变等力学性能的影响规律，为后续的螺旋槽结构尺寸合理优化分析提供参考依据。再以凹弧型、平面型、凸弧型三种板条形式的橡胶艉轴承为研究对象，应用有限元法具体分析对比三种不同板条形式各自的力学特性以及不同曲率半径凹弧、不同曲率半径凸弧以及不同沟槽数目对艉轴承的力学性能影响。 2）在考虑艉轴承弹流润滑效应的情况下，先对海水润滑艉轴承进行弹流润滑数值计算，将得到的水膜压力计算结果结合有限元法，再对艉轴承进行有限元静力分析。考虑艉轴承在弹流润滑效应下水膜压力对艉轴承应力应变的影响，分析不同工作载荷、不同轴承半径间隙和不同轴承内圈厚度对艉轴承力学性能的影响。 3）针对不同螺旋槽结构形式的橡胶艉轴承，考虑橡胶材料非线性，，基于有限元法，对其进行静态接触仿真分析，并用经典Hertz接触应力理论计算结果加以验证，对比分析不同螺旋槽数和不同螺旋角度艉轴承在不同载荷和不同橡胶硬度等条件下接触应力、接触状况以及接触形变的影响规律。 4）考虑到船舶橡胶艉轴承的结构尺寸优化问题，建立了圆弧形、矩形、燕尾形三种不同形式的螺旋槽艉轴承模型，并且基于有限元静力分析和模态分析结果，应用有限元法对三种不同形式的螺旋槽艉轴承模型进行结构优化，并得到了最为理想的最优尺寸参数。
【关键词】：船舶艉轴承 弹流润滑 沟槽结构 有限元分析 ANSYS
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.21
【目录】：

• 目录7-10
• 摘要10-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 课题背景及意义13-15
• 1.1.1 课题的研究背景13-14
• 1.1.2 课题的研究意义14-15
• 1.2 船舶艉轴承研究进展15-18
• 1.2.1 船舶艉轴承介绍15-17
• 1.2.2 船舶艉轴承的研究17-18
• 1.3 不同沟槽结构艉轴承有限元研究概述18-19
• 1.4 海水润滑艉轴承弹流润滑研究现状19-21
• 1.5 船舶艉轴承发展趋势和研究方向21-22
• 1.5.1 船舶艉轴承发展趋势21
• 1.5.2 船舶艉轴承研究方向21-22
• 1.6 本文的主要研究内容22-25
• 第2章 不同沟槽结构艉轴承有限元结构静力分析25-49
• 2.1 有限元分析简介25-26
• 2.2 螺旋槽艉轴承有限元结构静力分析26-38
• 2.2.1 螺旋槽艉轴承有限元模型26-27
• 2.2.2 施加载荷并求解27-28
• 2.2.3 结果分析28-38
• 2.3 不同板条形状艉轴承有限元静力分析38-47
• 2.3.1 三种不同板条形状对艉轴承力学性能的影响39-43
• 2.3.2 不同曲率半径的凸弧板条和凹弧板条对艉轴承的力学性能影响43-46
• 2.3.3 不同水槽数的平面型板条对艉轴承的力学性能影响46-47
• 2.4 本章小结47-49
• 第3章 考虑弹流润滑效应艉轴承有限元静力分析49-65
• 3.1 弹流润滑模型及数值方法49-52
• 3.1.1 弹流润滑几何模型49-50
• 3.1.2 弹流润滑数学模型50-51
• 3.1.3 数值方法51-52
• 3.2 艉轴承有限元模型与分析方法52-54
• 3.2.1 艉轴承基本参数52-53
• 3.2.2 有限元分析方法53-54
• 3.3 结果分析54-64
• 3.3.1 考虑弹流润滑效应艉轴承有限元静力分析结果54-58
• 3.3.2 不同载荷对弹流润滑艉轴承的力学性能影响58-60
• 3.3.3 不同半径间隙对弹流润滑艉轴承力学性能影响60-62
• 3.3.4 不同内圈厚度对弹流润滑艉轴承力学性能影响62-64
• 3.4 本章小结64-65
• 第4章 艉轴承有限元非线性接触分析65-79
• 4.1 橡胶材料本构关系及 Mooney-Rivlin 模型65-67
• 4.1.1 橡胶材料本构关系65-66
• 4.1.2 Mooney-Rivlin 模型66
• 4.1.3 Mooney-Rivlin 模型常数 C_(10)和 C_(01)确定66-67
• 4.2 Hertz 接触理论分析67-68
• 4.2.1 艉轴承几何模型67
• 4.2.2 艉轴承 Hertz 接触应力理论计算67-68
• 4.3 艉轴承有限元接触分析68-72
• 4.3.1 有限元接触分析步骤68-70
• 4.3.2 结果分析70-72
• 4.4 不同螺旋槽结构形式对橡胶艉轴承接触状况的影响72-78
• 4.4.1 不同螺旋槽数对橡胶艉轴承接触状况的影响72-75
• 4.4.2 不同螺旋角度对橡胶艉轴承接触状况的影响75-78
• 4.5 本章小结78-79
• 第5章 基于有限元法螺旋槽艉轴承结构优化79-91
• 5.1 艉轴承结构模型79-80
• 5.2 艉轴承数学模型80-82
• 5.2.1 设计变量的选取80-81
• 5.2.2 目标函数的建立81
• 5.2.3 约束条件的确定81-82
• 5.3 艉轴承有限元分析82-85
• 5.3.1 艉轴承有限元静力分析82-84
• 5.3.2 艉轴承有限元模态分析84-85
• 5.4 艉轴承结构优化分析85-89
• 5.4.1 优化分析步骤85-86
• 5.4.2 优化结果分析86-87
• 5.4.3 不同形式螺旋槽艉轴承优化分析87-89
• 5.5 本章小结89-91
• 结束语91-95
• 参考文献95-101
• 攻读硕士期间完成的学术论文及专利101-103
• 致谢103

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本文编号：759783