船舶推進軸系迴旋振動關鍵因素及機理研究

《船舶推進軸系迴旋振動關鍵因素及機理研究》是依託武漢理工大學，由周瑞平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：船舶推進軸系迴旋振動關鍵因素及機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周瑞平
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

為適應各種新型船舶動力性、經濟性、可靠性等要求，船舶主推進裝置形式更加多樣化，使得推進軸系在其結構、功能及性能上更加複雜；同時，國際海事組織及國際船級社協會的共同規範對推進軸系設計、建造等提出了更加嚴格的要求；各國對計算環境的模糊定義及標準的尚未統一，導致推進軸系振動精確計算存在困難。項目將以複雜推進軸係為研究對象，基於軸系關鍵零部件模型，分析其外界擾動下的動力特性參數變化關係，構建受到擾動以及系統變化下，軸系狀態的物理位置和動力學參數表征方法及相互間的轉換關係。建立船舶複雜推進軸系及其載荷單元的數理模型，推導軸系不同狀態下迴旋振動模態及回響計算公式，通過理論計算與試驗驗證分析各關鍵因素對推進軸系振動的影響，歸納關鍵零部件對軸系振動影響機理，形成系統的理論體系，為船舶推進軸系振動計算提供科學的理論指導。

結題摘要

隨著船舶工業的發展,以及國際海事組織《船上噪聲等級規則》等一系列法規的生效與實施，船舶行業對船舶動力裝置提出了更高的要求，使得推進軸系構成更趨複雜，推進軸系所受到的激勵更加多樣化，從而使推進軸系的振動特性也更加複雜；傳統的推進軸系振動理論計算方法，特別是迴旋振動計算方法難以滿足工程設計計算的需要，因此，急切需要深入研究複雜動力裝置的振動機理及振動特性，更好地為工程實際服務。項目圍繞自行設計開發的狀態可調的轉子軸系迴旋振動試驗台，針對船舶推進軸系中典型零部件，綜合採用數學推導、數值計算、動力學仿真和試驗等手段，以撓曲軸線為研究對象，開展推進軸系迴旋振動單元模型、典型零部件對撓曲軸系振動影響規律、撓曲軸系回響計算等理論和試驗研究。首先從材料力學和彈性力學的基本原理入手，基於離散系統有限元算法，引入虛數特徵值及虛數特徵向量，推導了四自由度各向異性系統的受迫振動回響方程，建立了各零部件的單元模型，分析了零部件在軸系運行過程中的動力學特性。其次，以支承軸承、聯軸器、連線法蘭等決定軸系狀態的關鍵零部件為研究對象，基於其物理位置狀態，通過軸系各零部件的結構特性及受力分析，推導得出了軸承變位負荷分配計算方法，轉軸不對中不平衡力/力矩模型、彈性撓曲軸段的彎曲應力模型等單項擾動模型，通過仿真分析了擾動項對迴旋振動的影響。第三，軸系零部件的狀態變化一般以二次激勵的形式對其他零部件造成影響，使得振動情況更加複雜。因此以目前船舶推進軸系合理校中的主要調整對象軸承變位為研究對象，通過分析各零部件之間的物理位置關係，結合動力學參數模型與擾動模型，推導了軸承變位對軸線撓曲程度、轉軸偏移曲折不對中情況、軸承負荷分配後的動力學參數變化等影響關係，並以試驗台為原型建模，對單項擾動及完整撓曲軸系進行了理論計算與仿真分析。推導了複雜軸系撓曲狀態的表征方法。第四，搭建了軸系狀態可調控的多功能轉子軸系迴旋振動試驗台，以試驗台為原型建模，對台架無撓曲狀態，以及三種預設軸系狀態開展了試驗測試，通過仿真計算結果與試驗測試數據的對比，驗證了項目所推導理論的正確性。最後，推導了基於軸系撓曲狀態的迴旋振動回響計算方法。以某船推進軸係為研究對象，建立了理論分析模型，對該軸系的固有特性與撓曲狀態進行了理論計算，並開展了實船測試，將理論計算與實測數據進行對比分析，驗證了理論方法的正確性。