[發(fā)明專利]一種復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動特性分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710563535.3
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107292054B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳美龍;李玩幽;王東華;李宏亮;郭宜斌;彭濤;劉思源;焦殿霖
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動特性分析方法，包括以下步驟：測定復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系基本參數(shù)；結(jié)合邊界條件求解復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)自由振動的固有頻率以及固有頻率所對應(yīng)的復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)自由振動的振型；復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系運轉(zhuǎn)，在軸上施加扭矩；再計算F^?1(F(p,s))；結(jié)合邊界條件，利用復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系在附屬機(jī)構(gòu)位置處的強(qiáng)迫振動振型和軸承處的強(qiáng)迫振動振型表示軸上位置x＝0處和x＝L處強(qiáng)迫振動角速度；求解復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)在附屬機(jī)構(gòu)位置處的強(qiáng)迫振動振型和軸承處的強(qiáng)迫振動振型；求解復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動的振型；結(jié)合留數(shù)定理求解出復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動響應(yīng)。本發(fā)明分析船舶推進(jìn)軸系扭振特性結(jié)果可靠度高、計算速度快。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械傳動系統(tǒng)振動技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動特性分析方法。

背景技術(shù)

船舶推進(jìn)軸系是船舶動力裝置的重要組成部分，包括從主機(jī)輸出端推力軸承直到螺旋槳之間的傳動軸以及軸上的附件。在船舶航行過程中，推進(jìn)軸系受多種復(fù)雜載荷的作用，軸系扭轉(zhuǎn)振動是影響艦船動力裝置可靠性的重要因素之一。如果軸系長期工作于危險的臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)，則可能導(dǎo)致軸系動態(tài)性能的下降，產(chǎn)生變形及其疲勞失效，甚至發(fā)生扭斷現(xiàn)象。這些都直接影響船舶航行性能和安全性，所以對軸系扭轉(zhuǎn)振動計算的研究具有十分重要的意義。

在對復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)特性分析的過程中，應(yīng)從扭轉(zhuǎn)自由振動和強(qiáng)迫振動兩個方面入手，全面了解軸系扭轉(zhuǎn)振動特性。傳統(tǒng)的軸系扭轉(zhuǎn)振動計算大多將軸系進(jìn)行離散化，采用集中質(zhì)量法來進(jìn)行軸系建模，此種建模方法受模型離散化程度的影響，在進(jìn)行軸系扭轉(zhuǎn)振動固有特性分析過程中會產(chǎn)生誤差，并且離散程度越高會導(dǎo)致計算速度顯著降低。同樣，在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動計算的過程中，普遍采用模態(tài)疊加法、紐馬克法等數(shù)值解法，依然不能同時滿足計算精度高、計算速度快的要求。因此，目前尚缺少一種高精度，快速求解復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動特性的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種精度更高、效率更優(yōu)的復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動特性分析方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，包括以下步驟：

步驟一：測定復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系基本參數(shù)；

所述復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系基本參數(shù)包括：軸的半徑和長度；附屬機(jī)構(gòu)相對軸的位置和質(zhì)量；軸承相對軸的位置；

所述附屬機(jī)構(gòu)包括：齒輪箱、聯(lián)軸器、曲柄連桿機(jī)構(gòu)；

步驟二：結(jié)合邊界條件求解復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)自由振動的固有頻率；

所涉及固有頻率的計算表達(dá)式為

式中，s′為軸上附屬機(jī)構(gòu)個數(shù)，r為軸上軸承個數(shù)；J_j表示附屬機(jī)構(gòu)慣量的大小且j＝1,2,3,...,s；K_i代表軸承的剛度且i＝1,2,3,...,r；表示第j個附屬機(jī)構(gòu)的位置，表示第i個軸承的位置；Y(0)是軸上x＝0處的角位移,Y′(0)是軸上x＝0處的角速度；Y(L)是x＝L處的角位移,Y′(L)是軸上x＝L處的角速度；L為軸的長度；ρ為軸的密度，ω為固有頻率，G為剪切模量，I_p為截面的極慣性矩；x為軸上位移；

步驟三：利用步驟二中求解得到的固有頻率，求解復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)自由振動附屬機(jī)構(gòu)所在位置的振型和軸承所在位置的振型

步驟四：利用步驟三中得到的和分別求解固有頻率對應(yīng)的復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)自由振動的振型；

所述復(fù)雜船舶推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)自由振動的振型表達(dá)式為