冰區(qū)航行船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析與研究.pdf

1、近年來(lái)，開(kāi)發(fā)冰區(qū)航行船舶已成為當(dāng)今研究的熱門(mén)課題。為陸地資源的日趨減少而開(kāi)發(fā)極地海域資源，為節(jié)省運(yùn)輸成本而開(kāi)通“北極航線”，對(duì)打破技術(shù)壟斷建造滿足國(guó)際船級(jí)社要求的冰區(qū)船舶等具有重要意義。然而，由于其推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的發(fā)生具有必然性、隱蔽性、突發(fā)性與高危害性等特點(diǎn)，使得軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)成為亟待解決的技術(shù)難題之一?；诒d荷激勵(lì)的特殊性，國(guó)際船級(jí)社提出更高的要求，即冰區(qū)航行船舶推進(jìn)軸系必須進(jìn)行時(shí)域扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性分析。
　　基于此，以某冰區(qū)航

2、行船舶推進(jìn)軸系為研究對(duì)象，依據(jù)國(guó)際船級(jí)社對(duì)冰區(qū)船舶的相關(guān)規(guī)定，圍繞冰載荷激勵(lì)下螺旋槳強(qiáng)度計(jì)算分析、推進(jìn)軸系頻域扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算以及時(shí)域扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算三大內(nèi)容展開(kāi)深入研究，主要的工作與結(jié)論如下：
　?。?）基于一般船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)理論，總結(jié)了冰區(qū)船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的機(jī)理與關(guān)鍵技術(shù)。闡述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)產(chǎn)生的原因，解讀影響頻域與時(shí)域扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算精度的主要因素，包括軸系各元件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、剛度、阻尼、激勵(lì)力矩、轉(zhuǎn)速、推進(jìn)軸系的模型簡(jiǎn)化方法、防止柴

3、油機(jī)超負(fù)荷措施、以及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)方程組的求解方法等，為提高冰區(qū)船舶軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算精度提供一定的理論支持。
　　（2）依據(jù)船級(jí)社關(guān)于冰載荷激勵(lì)下螺旋槳計(jì)算工況的相關(guān)規(guī)定，基于有限元分析方法的一般流程，分別完成槳葉的空間建模，有限元前處理、有限元計(jì)算、以及后處理等工作。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得出工況5（倒車(chē)工況）為最危險(xiǎn)操作工況的結(jié)論，為冰區(qū)船舶安全航行提供良好的建議。
　?。?）基于冰區(qū)船舶推進(jìn)軸系頻域扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算方法，分別對(duì)柴油機(jī)與冰

4、載荷激勵(lì)進(jìn)行諧次分析，求解柴油機(jī)激勵(lì)以及三種不同冰載荷激勵(lì)下的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)響應(yīng)。分別對(duì)柴油機(jī)激勵(lì)各諧次響應(yīng)與冰載荷激勵(lì)各諧次響應(yīng)矢量求和，得到各自的響應(yīng)結(jié)果。假定柴油機(jī)激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng)與冰載荷激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng)的求和方法，疊加出冰區(qū)船舶推進(jìn)軸系總的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)響應(yīng)，并得出冰載荷工況1為最危險(xiǎn)工況的結(jié)論。
　　（4）基于Newmark時(shí)域算法求解四種激勵(lì)工況下的振動(dòng)響應(yīng)，首先，對(duì)比分析柴油機(jī)激勵(lì)下的頻域結(jié)果與Newmark時(shí)域結(jié)果的吻合性，驗(yàn)