[發(fā)明專利]一種艦船軸系優(yōu)化方法及其優(yōu)化平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810239337.6
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108416159B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉金林;賴國軍;曾凡明;吳杰長;嚴(yán)紅升;曹詩杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23
• 代理公司: 北京天盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11421
• 代理人: 黃淑娟

本發(fā)明屬于艦船設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種艦船軸系優(yōu)化方法及其優(yōu)化平臺。本方法提高軸系的設(shè)計質(zhì)量，在最初的設(shè)計階段，通過優(yōu)化軸系各軸承的位置達(dá)到提升軸系校中質(zhì)量和降低軸系振動的目的。為艦船安全，穩(wěn)定地運行提供基礎(chǔ)。本發(fā)明為軸系在校中設(shè)計階段控制其振動特性提供了一個新方案，具有重要的理論和工程實踐價值，能夠填補現(xiàn)有技術(shù)方案的不足，提高各種類艦船軸系的設(shè)計質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于艦船設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種艦船軸系優(yōu)化方法及其優(yōu)化平臺。

背景技術(shù)

艦船軸系是影響艦船運動性能的重要結(jié)構(gòu)。軸系的基礎(chǔ)作用是傳遞功率，包括將主電機等設(shè)備發(fā)出的功率傳遞至螺旋槳以驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)，以及將螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推力或者拉力以軸承力的形式傳遞至艦船殼體以驅(qū)動船體的前進(jìn)和后退。

由于艦船自身受力狀態(tài)復(fù)雜，同時航道以及水文數(shù)據(jù)多變，艦船及其軸系在航行過程中會承受多種不同載荷，同時這些載荷相互之間還會互相影響，這些載荷最終將直接傳遞至軸系上的各個軸承，為改善軸承的受力，提高艦船軸系性能，需要對軸系進(jìn)行合理的校中，防止各軸承產(chǎn)生載荷異常、磨損變形等問題影響艦船運行的安全、可靠。現(xiàn)有優(yōu)化設(shè)計方法的側(cè)重點以及適用情境各不相同，常用的采用調(diào)頻法、減小振源激勵以及隔振等方法來實現(xiàn)軸系的減振降噪，但其效果一般，采用數(shù)值運算方法研究軸系剛度對軸承回旋振動的影響的方法但由于該類方法忽視了軸承水平剛度和豎直剛度之間的差異，因此軸系回旋振動在水平和豎直方向的計算結(jié)果與真實值存在差別。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明創(chuàng)造的目的在于，為提升艦船軸系校中質(zhì)量和降低其回旋振動特性提供一種簡便而行之有效的優(yōu)化設(shè)計方法。

本發(fā)明基于對艦船運動性能以及艦船軸系實際工作狀態(tài)的長期研究和分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)影響艦船軸系性能的因素，包括影響軸系校中質(zhì)量、影響軸系振動的因素不僅包括軸系以及軸承自身材料和結(jié)構(gòu)特性以及外部沖擊、載荷因素，還與軸系中各軸承的位置相互關(guān)聯(lián)，同時，各軸承的位置變位對軸系校中質(zhì)量以及減小軸系振動的同時優(yōu)化具有非顯而易見的效果，特別是受現(xiàn)有軸系設(shè)計思路以及方法的限制，現(xiàn)有設(shè)計或優(yōu)化方法無法對該影響因素進(jìn)行有效設(shè)計和優(yōu)化，特別是短軸系設(shè)計過程中，由于只考慮直線校中，直接忽略了對該影響因素對軸系性能的影響。

基于現(xiàn)狀以及本發(fā)明的要旨，本申請在現(xiàn)有研究直線校中的原理和方法上，求得其負(fù)荷影響系數(shù)；以后艉軸承上負(fù)荷最小為直接目標(biāo)，將校中結(jié)果直觀可測的數(shù)據(jù)來表現(xiàn)，以提高設(shè)計優(yōu)化效率；通過在軸承合理的變位范圍內(nèi)，調(diào)整后艉軸承豎直方向以單位步長進(jìn)行變位，計算該軸系優(yōu)化平臺在不同校中狀態(tài)下的回旋振動特性，再根據(jù)軸系校中質(zhì)量和回旋振動的權(quán)重系數(shù)，優(yōu)選合適的軸承變位數(shù)據(jù)以獲得最理想的軸系校中和回旋減振結(jié)果。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造采用如下技術(shù)方案。

一種艦船軸系校中優(yōu)化方法，包括如下步驟：

步驟一、獲取待優(yōu)化的艦船軸系的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及材料參數(shù)，包括艦船軸系中各軸段的幾何參數(shù)以及材料屬性、各軸承的支撐位置，各軸承軸向和垂向的支撐剛度，軸的尺寸，所述材料屬性包括彈性模量以及泊松比，所述支撐位置包括軸向位置以及垂向位置；

步驟二、基于上述結(jié)構(gòu)參數(shù)以及材料參數(shù)建立該艦船軸系的有限元模型；建立有限元模型中任一梁單元K節(jié)點處所受剪力向量{Q}和形變向量{δ}，

以及K節(jié)點單元的剛度矩陣

其中

E——材料的彈性模量；

G——材料的剪切彈性模型；

I——單元對X軸的慣性矩；

S——單元的橫截面積；

l——單元長度；