某冰區(qū)航行船舶軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算分析.pdf

1、船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的計(jì)算內(nèi)容分為自由振動(dòng)計(jì)算和強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算。自由振動(dòng)計(jì)算的計(jì)算方法主要有Holzer法、傳遞矩陣法和轉(zhuǎn)化為矩陣特征值問題的矩陣法等；傳統(tǒng)上，強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算的計(jì)算方法主要有能量法、傳遞矩陣法和系統(tǒng)矩陣法。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，能量法目前已經(jīng)被傳遞矩陣法和系統(tǒng)矩陣法所代替。傳遞矩陣法和系統(tǒng)矩陣法都屬于頻域算法，它們對(duì)周期性激勵(lì)載荷進(jìn)行傅里葉變換，分解成多個(gè)諧次的激勵(lì)，然后分別求解。對(duì)于大部分工況穩(wěn)定的船舶，頻域算法可以取得滿

2、意的穩(wěn)態(tài)結(jié)果。
　　近年來，隨著全球變暖，北極航道價(jià)值的逐步顯現(xiàn)和北極地區(qū)油氣、礦產(chǎn)資源的開發(fā)，給適合在低溫多冰條件下航行的冰區(qū)運(yùn)輸船舶、冰區(qū)海洋工程船舶帶來前所未有的發(fā)展機(jī)遇，成為近期船舶市場熱點(diǎn)之一。不少船東要求船舶具備一定冰區(qū)航行能力，并獲準(zhǔn)一定的船級(jí)冰級(jí)符號(hào)。但是在冰區(qū)航行條件下，螺旋槳會(huì)受到冰塊撞擊，引起巨大的軸系扭轉(zhuǎn)激勵(lì)，因此對(duì)此類船舶推進(jìn)系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，需要獲得時(shí)域上的瞬態(tài)響應(yīng)。但傳統(tǒng)的頻域內(nèi)扭振計(jì)算方

3、法不便于處理上述非穩(wěn)態(tài)工況，因此有必要從時(shí)域?qū)S系扭振計(jì)算進(jìn)行研究。
　　本文首先搜集整理了國內(nèi)外船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的典型文獻(xiàn)，并對(duì)文獻(xiàn)中的計(jì)算方法和計(jì)算過程進(jìn)行了簡單的論述，在此基礎(chǔ)上研究了軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)集總參數(shù)模型。其次對(duì)系統(tǒng)矩陣法的軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算進(jìn)行了研究，在自由振動(dòng)計(jì)算時(shí)，直接求解無阻尼的微分方程；在進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算時(shí)，將對(duì)微分方程的求解轉(zhuǎn)化為對(duì)一組代數(shù)方程的求解，各個(gè)諧次激勵(lì)結(jié)果矢量合成后得到總的響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果與MAN

4、 DIESEL& TURBO（以下稱MDT）公司軟件計(jì)算結(jié)果一致。最后對(duì)軸系冰載荷扭轉(zhuǎn)沖擊計(jì)算研究時(shí)，首先對(duì)規(guī)范中的冰載荷計(jì)算方法進(jìn)行了研究，給出幾種典型的冰載荷形式；然后簡單比較了龍格庫塔法和逐步積分法的優(yōu)劣，選擇逐步積分法中無條件的Newmark-β算法，編制了計(jì)算程序，對(duì)規(guī)范中要求的三種計(jì)算工況進(jìn)行了計(jì)算，獲得了軸系部件的瞬態(tài)響應(yīng)。最后使用AMESim仿真軟件對(duì)軸系冰載荷扭轉(zhuǎn)沖擊進(jìn)行了仿真，其結(jié)果與Newmark-β算法結(jié)果相似。