[發明專利]一種船舶推進軸系校中計算方法

在審

• 申請號: 201210439260.X
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN103810305A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 周瑞;楊義順;管文生;趙輝;牛茂升;高一民;龍俊
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 馮和純

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技術領域

本發明涉及船舶推進系統技術領域，具體屬于一種船舶推進軸系校中計算方法。

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背景技術

推進軸系是船舶推進系統的重要組成部分，直接影響到推進系統運行和船舶航行的安全性和可靠性。校中質量不好的推進軸系會造成軸承磨損加劇，嚴重時甚至會造成軸承摩擦副燒結、尾管密封元件泄漏、船體尾部振動增大等。優良的軸系校中應使軸承負載均衡、軸截面應力分布合理、軸系撓度及轉角控制兼優，因此需要應用多目標優化的思想開展軸系校中設計。

推進軸系的校中問題最終是以軸承變位的形式出現，因此如何確定軸承的變位將直接影響校中的結果。在軸系合理校中時，工程人員往往根據經驗和軸承負荷影響系數初步給定各軸承的變位值，然后進行計算，當結果不滿足要求時，則需要調整變位值再進行計算。這種方法費時長，而且試湊的結果往往也不能達到最優的校中效果。近年來，計算機技術的發展推動了優化設計方法的進步，并正逐步取代傳統設計方法。機械優化設計是以數學規劃為理論基礎、以計算機為工具來尋求最佳機械設計方案的現代設計方法，包括建立數學模型和選擇恰當的優化設計算法。

針對船舶推進軸系校中的優化設計，國內外研究者開展了相應的研究。文獻[1-3]（盧熹,?靜波.?船舶柴油機軸系合理校中自動搜索的研究[J].?中國造船,?1997,?38(2):71-76；J.D.?Reeves,?N.?Vlahopoulos.?Optimized?alignment?of?a?USCG?polar?class?icebreaker?wing?shaft?using?a?distributed?bearing?finite-element?model[J].?Marine?Technology,?1999,?36(4):?238-247；周瑞平.?超大型船舶推進軸系校中理論研究[D].?武漢:?武漢理工大學,?2005）利用最優化方法確定軸承的最佳變位值，以使后尾軸承承受的支反力最小。這些方法均采用單一的優化目標，而對于軸系的合理校中，還需要考慮更多的優化目標，比如軸承承載的均衡性。文獻[4]（盧熹,?陳之炎.?多維空間網格劃分在船舶軸系合理校中的應用[J].?船舶力學,?2002,?6(5):?66-69）提出了一種軸系多目標優化計算方法，通過在可行解域空間內劃分網格，然后計算每個網格點的結果并進行綜合比較以得到最優解，其存在的問題在于：網格劃分如果過大，則計算成本過高；網格劃分如果過小，則不能求得最優的校中計算結果。

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發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的不足，提供一種船舶推進軸系校中計算方法，以期獲得優化的船舶推進軸系校中結果，為推進軸系的優化設計提供支撐。

本發明是通過以下的技術方案實現的，一種船舶推進軸系校中計算方法，包括如下步驟：

步驟一、計算推進軸系在直線校中狀態下各支承的負荷以及負荷影響系數；

步驟二、選擇優化設計變量；

步驟三、定義優化目標函數；

步驟四、定義優化限制條件；

步驟五、基于多目標優化方法求解最佳支承徑向變位值。

所述的步驟一中，計算推進軸系在直線校中狀態下各支承的負荷以及負荷影響系數，包括以下步驟：

1、將推進軸系簡化為一個具有多個支承的變截面連續梁系統，并且承受橫向載荷和彎矩的作用；

2、基于推進軸系簡化模型，計算直線校中狀態下各支承的負荷以及負荷影響系數。

所述的步驟三中，定義優化目標函數，包括以下步驟：

1、定義軸承負荷均衡性優化目標函數；

2、定義后軸架軸承負荷優化目標函數。

所述的步驟四中，定義優化限制條件，包括以下步驟：

1、定義軸承負荷約束；

2、定義軸段彎曲應力約束；

3、定義軸段安全系數約束；

4、定義螺旋槳下沉角約束；

5、定義主機輸出端法蘭處剪力和彎矩約束。

本發明提供的一種船舶推進軸系校中計算方法優化目標明確、約束條件充分、運算簡便且易于實現，解決了船舶推進軸系校中計算中的多目標優化求解問題。

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附圖說明

以下將結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。

圖1為本發明方法的計算流程圖。

圖2為本發明一個實施例的推進軸系布置圖。

圖3為推進軸系直線校中計算結果。

圖4為推進軸系多目標優化校中計算結果。