计入水污染和空穴的船舶艉轴承润滑特性数值分析

为探究少量海水侵入对船舶艉轴承润滑特性的影响,通过实验测量并计算含水率在10%内滑油参数的变化,结合数值分析的方法统筹考虑工质含水率、黏温特性及空穴等因素对液膜润滑特性的影响。结果表明,通过多项式能够较好地拟合流体的黏温特性,且计算过程中液膜的空化和工质的黏温特性不可忽略;在选定工况下,含水率的增加会提高工质的运动黏度,进一步提高液膜压力、承载力、摩擦系数;水的加入明显提高乳液密度和比热容,增强工质携带热量的能力,降低了液膜的总体温度;较高的含水率更易生成空穴,空穴增强了液膜的动压特性,提高了液膜承载力,也降低了液膜的摩擦系数和液膜外侧的最高温度。

计入曲轴轴向运动的船舶柴油机主轴承混合润滑分析

大型船舶柴油机曲轴在螺旋桨轴向推力激励下,轴向运动较为明显。为探究轴向运动对于支撑曲轴的主轴承润滑的影响,以一船舶柴油机曲轴-轴承为研究对象,同时计入螺旋桨轴向激励和柴油机自身激励共同引起的轴向运动、微峰接触(干摩擦),建立船舶柴油机主轴承的混合润滑模型。运用有限元法计算曲轴轴向运动,结合动力学方法,通过求解计入轴向运动和表面粗糙的平均Reynolds方程获得油膜压力,基于Greenwood-Tripp接触理论获得表面微峰接触压力。结果表明:计入轴向运动后,轴承的油膜峰值压力和油膜摩擦功耗均降低,微峰接触峰值压力均增加,但8个轴承的微峰接触摩擦功耗则是有的增加、有的减少,且影响显著,原因较为复杂;计入轴向运动后,最小油膜厚度、端泄流量、轴颈中心轨迹等的变化相对较小。因此,为更加全面、更加准确地预测大型船舶柴油机主轴承的混合润滑,必须计入轴向运动的影响。

船舶柴油机主轴承热弹性流体动力混合润滑分析

基于质量守恒边界条件的广义Reynolds方程和Greenwood/Tripp接触理论,计入温度、压力对润滑油黏度、密度和轴瓦变形的影响,对船用柴油机主轴承的混合润滑进行了数值分析.其中Reynolds方程用有限体积法求解,油膜能量方程、轴瓦热传导方程和轴颈温度方程等用有限差分法求解,轴瓦变形用有限元法求解.结果表明:周期内发生混合润滑的时刻较为普遍,微凸峰接触影响不可忽略;端泄能量散失占到总能量散失的80%,油膜出口温度作为监控轴承润滑的重要参数比较适宜;引入填充比,结合轴颈中心轨迹和油膜压力梯度变化,能够更加准确地预测轴承的穴蚀发生;8个轴承基本满足设计要求,但4#轴承、7#轴承需要进一步优化.

基于机体与曲轴耦合下的船舶柴油机主轴承热弹性流体动力混合润滑特性

运用CMS模态综合法建立柔性曲轴和柔性整机体模型,基于Greenwood/Tripp微凸峰接触理论和质量守恒边界条件的广义Reynolds方程,建立了二者耦合下的船用柴油机主轴承的热弹性流体动力混合润滑模型,并经试验间接验证。同时计算表明:周期内发生混合润滑为常态,完全液动润滑为瞬态;只有空穴、轴颈向心/离心运动、油膜压力突变同时存在时空穴才极有可能发生;因端泄能量散失占总能量散失的80%多,油膜出口温度可作为监控轴承润滑的重要参数;8个轴承基本满足润滑设计要求,但有2个轴承工况相对较差,亟须优化。

大型船舶低速柴油机柔性曲轴三维振动

运用模态综合法对大型船舶低速柴油机机体和曲轴有限元模型进行缩减,获得二者弹性流体动力润滑耦合下计入非线性缩减的系统动力方程,采用时域积分的Newmark方法进行数值求解.二者间接触力根据Reynolds方程和Greenwood/Tripp微凸峰接触理论,运用有限体积法获得.由此建立大型船舶低速柴油机柔性曲轴与柔性机体耦合下的三维振动计算模型,通过与经典模型计算结果对比,该建模方法和模型得到验证.结果表明:该计算模型能够同时获得曲轴瞬态整体扭振、横振和纵振三维振动形貌;曲轴的横振和纵振呈典型非线性分段特性;曲轴水平横振较垂直横振对轴瓦的振动冲击危害更大.该建模方法有益于进一步揭示曲轴的振动机理,为曲轴优化提供参考.

船舶柴油机柔性曲轴与机体EHD耦合下振动研究

为同时、准确、快速地获得船舶柴油机曲轴和机体的整体振动形态,运用模态综合法对其动态缩减,建立二者EHD耦合下的计入各非线性因素的缩减的系统动力方程,采用Newmark方法数值求解。二者间的EHD耦合则根据Reynolds方程和Greenwood/Tripp微凸峰接触理论,采用有限体积法计算获得。由此建立大型船舶柴油机柔性曲轴与柔性机体耦合下的整体振动计算模型,并通过与经典方法对比、试验测试验证了该建模方法和模型。基于该模型,能够同时快速较为准确地计算柔性曲轴和柔性机体的整体的三维振动形貌,有利于进一步揭示曲轴和机体的振动机理,为曲轴和机体优化设计提供依据。

基于柔性整机体模型的柴油机主轴承混合润滑特性研究

运用有限体积法和有限元法,基于平均流量模型和Greenwood/Tripp接触模型,计入整机体和曲轴变形,对船用MAN 6S50MC-C型柴油机的主轴承混合润滑进行研究。结果表明:基于整个柔性机体的模型较单轴承座模型分析得到的最大油膜压力、最大接触压力减小,最小油膜厚度增加,端泄流量减少,摩擦功耗降低,说明整个机体的协调变形有助于载荷均衡。整机体模型中,摩擦接触位置上下瓦均有发生,说明轴承上下瓦耐磨性需同时加强。

柔性机体下船舶柴油机主轴承TEHD润滑分析

为更加准确地预测船用柴油机主轴承的润滑特性,运用CMS模态综合法缩减整个机体和曲轴,运用基于质量守恒边界条件的广义Reynolds方程和Greenwood/Tripp接触理论,计入温度影响,建立了基于整个柔性机体下的主轴承热弹性流体动力TEHD混合润滑模型。与单轴承座下的TEHD混合润滑对比,单轴承座计算结果偏于保守,而整机体下参数变化平缓,更接近实际。与整机体模型下的弹性流体动力EHD润滑对比,不计入温度的影响,其计算结果将无法准确反映轴承的整体润滑形貌。相较于另2种模型,基于柔性整机体下的热弹性流体动力混合润滑TEHD模型计算时间增加可以接受。显然,该润滑模型的建模方法具有较高的应用价值。

基于热弹流体动力混合润滑的船舶柴油机主轴承摩擦研究

基于柔性机体和柔性曲轴模型,运用JFO边界条件下的扩展Reynolds方程和Greenwood/Tripp微峰接触理论,计入温度对摩擦润滑的影响,建立船舶柴油机机体和曲轴耦合下的主轴承的热弹流体动力混合润滑模型,并与不同计算模型进行对比和验证。结果表明:在热弹流体动力混合润滑模型下,单轴承座模型的计算结果偏于保守,整机体模型较为合理;在全柔性整机体模型下,THD模型过于理想,计入定值温度影响的EHD模型较TEHD模型的摩擦功耗偏大,说明温度对油膜的影响对主轴承的摩擦特性有重要作用。同时,通过与ALLMAIER方法对比验证,表明TEHD计算模型更具可靠性。因此,对于大型船舶柴油机而言,全柔性、计入表面接触和温度对油膜及摩擦副影响的热弹流体动力混合润滑模型是适宜的选择。

基于质量守恒边界条件和微凸峰接触的动载轴承热弹性流体动力润滑特性

基于质量守恒边界条件和Greenwood/Tripp微凸峰接触理论,建立动载滑动轴承的热弹性流体动力混合润滑模型,该润滑模型能够同时预测油膜、空穴、接触的共生现象。计算结果表明,计入温度影响后,轴瓦变形增加,微凸峰接触加重,最小油膜厚度降低,摩擦功耗增大;润滑油和轴瓦温度瞬时、局部增高明显,尤其在轴承端面。计入温度影响后,润滑油进/出口流量增加,表明轴承对温度具有一定的自适性。研究结果表明,在关键动载轴承的设计中基于质量守恒条件,同时计入接触和温度影响,是非常重要的。

面向智能船舶的高等航海教育变革路径

在阐述智能船舶的发展趋势与特点的基础上,从开展航海新工科研究、确定新形势下的发展目标、明确航海新工科专业内涵、培育/重建航海新工科教师队伍、构建航海新工科人才培养模式、加强航海新工科专业产学研合作、构建航海新工科人才质量保障体系等方面,探索高等航海教育的变革途径。

船用柴油机机体组合结构模态分析方法

利用数值试验方法验证包括柴油机机座、机架、气缸体、扫气箱、空冷器等有限元模型简化的合理性。通过螺栓连接板件的模态试验验证有限元法模态分析中螺栓连接处理方法韵可靠性。在此基础上建立包括以上各部件的某大型船用6缸柴油机机体组合结构有限元模型。通过对整体结构模态分析，找出整机刚度局部薄弱部位和整体固有振型。为大型船用柴油机设计人员在设计阶段，预报和预防整体结构振动提供一较为简便的方法。

摩擦振动信号的EEMD和多重分形去趋势波动分析

为了研究摩擦副磨合磨损过程中摩擦振动变化规律,实现通过摩擦振动识别摩擦副的磨合磨损状态,在摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套—活塞环摩擦副摩擦磨损试验。应用总体经验模式分解对摩擦振动信号进行分解,获得若干个无模式混叠的本征模式分量。利用多重分形去趋势波动分析(Multifractal detrended fluctuation analysis,MFDFA)对重构获得的摩擦振动特征信号进行分析,得到摩擦振动信号的MFDFA谱图,并根据谱图求取摩擦振动信号的多重分形谱参数。研究结果表明,总体经验模式分解能够实现微弱摩擦振动特征信号的提取,MFDFA谱图及其参数可以表征摩擦振动信号的特征。

摩擦振动信号的经验模式分解和多重分形研究

为提取摩擦振动的特征信号和实现摩擦振动特征信号的定量表征,在摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套—活塞环摩擦副摩擦磨损模拟试验,应用经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)对非线性、非平稳的摩擦振动信号进行分解,获得若干个本征模式分量(Intrinsic Mode Function,IMF)。根据振幅范围和互相关系数,从EMD的所有IMF中选择反映摩擦振动特征的IMF分量重新合成摩擦振动特征信号,利用改进的多重分形算法对摩擦振动特征信号进行多重分形分析,得到摩擦振动信号的多重分形谱,进一步求取摩擦振动信号多重分形谱的宽度、极大值、维差以及非对称指数。研究结果表明,经验模式分解能够实现微弱摩擦振动特征信号的提取,多重分形谱参数可以作为摩擦振动信号的特征值。

生物柴油在船用柴油机上的适用性研究

为验证生物柴油在船舶柴油机上的适用性,在不改变柴油机内部结构的条件下,利用船用柴油机对生物油与0#柴油体积比为1∶4的生物柴油(记为BD20)及0#柴油进行台架对比试验,测试了船用柴油机生燃用生物柴油的负荷特性、动力特性,分析了柴油机排放物中的NOx、SO2及温室气体等排放特性。试验结果表明,生物柴油BD20在80%额定工况动力特性下的油耗率比0#柴油机低1.4%,CO排放浓度降低17%;负荷特性下BD20的油耗率与油耗量均升高2%,而SO2排放浓度比0#柴油低约30%。可见,生物柴油可作为0#柴油的替代物在船舶柴油机上推广应用。

船用二冲程柴油机十字头轴承润滑分析

根据动载滑动轴承弹流润滑相关理论,将有限元法与非线性多体动力学相结合,计入摩擦表面的粗糙度、轴瓦与轴颈的弹性变形、供油特性等因素,分析船用二冲程柴油机十字头轴承润滑状况。结果表明,在整个工作循环内,十字头轴承始终受压,承受压应力;轴承载荷的峰值出现在缸内气压最大的时刻;十字头轴承轴心的运动轨迹始终坐落于下半区域的较小范围内,高油压区域相对集中;轴承下瓦开设油槽,降低了承压能力,峰值油膜厚度较小;在轴承摩擦面的光洁度很高的情况下,粗糙接触压力较小且持续时间短,对轴承的正常工作影响不大;整个工作循环内绝大部分为液动摩擦,粗糙接触摩擦功耗相对较小。

基于谐波小波和去趋势波动分析的摩擦振动信号研究

为实现摩擦振动信号的降噪和摩擦振动信号特征提取,在往复式摩擦磨损试验机上进行了摩擦副摩合磨损试验。应用谐波小波对获得的非线性、非平稳的摩擦振动信号进行分解,实现摩擦振动信号的降噪。应用去趋势波动分析算法对摩擦振动信号进行分析,获得不同阶数下的Hurst指数,判别数据序列的属性及其趋势增强的程度。研究结果表明,随着磨合磨损试验的进行,摩擦振动信号的标度指数呈现逐渐增大的变化趋势,去趋势波动分析算法能够实现摩擦振动信号特征提取,摩擦振动信号的标度指数变化能够用于摩擦副的磨合磨损状态监测和识别。

大型低速二冲程船舶柴油机气缸油台架试验评定

为降低大型船用低速二冲程柴油机气缸油实船试验的风险,基于6S35ME-9型船用柴油机试验台架,把气缸油系统分为三组：1^#与2^#气缸使用试验油A、3^#与4^#气缸使用参比油、5^#与6^#气缸使用试验油B,在标定工况下运行,通过试验过程评价、气缸油清净分散性评价、气缸套与活塞环组件磨损量和油品光谱检测为指标的抗磨性评价、柴油机关键参数评价、与参比油对比等综合评定,确定试验油的优劣。结果表明：对于三种油品,气缸套、活塞环和活塞环槽的磨损量与通过气缸油残油检测的金属元素含量判断的磨损状况相比二者具有一致性,结合气缸油的清净分散性评定结果,可有效判断油品是否可以进行实船试验。同时,在试验过程中油品中Fe、Cr元素含量60 h后趋于平衡,因此设定台架试验时间为100 h。经以上方法评定的气缸油,经实船试验符合要求。因此,基于该台架试验对气缸油的评定方法是可行的、经济的。

6S50MC-C柴油机活塞头的优化设计

基于活塞头-活塞环-缸套组合结构稳态传热得出的温度场和热流分布,分析增加振荡冷却孔深度和倒圆角对强度的影响,得出活塞头的温度场和应力分布。原设计结构最高温度为448.4℃,最大热应力和耦合应力分别为694MPa和677MPa,最大应力小于材料的许用应力。随着冷却孔深度的增加,活塞头的最高温度、最大热应力和耦合应力都降低,增加冷却孔深度可以有效的降低最高温度和最大应力。倒角可以有效的降低应力集中,选取倒角5.5mm为优化设计方案。

KM型抗磨添加剂对钢-钢摩擦副的摩擦磨损的影响

为提高内燃机润滑油的综合性能和延长在用润滑油的使用寿命,提出一种KM型添加剂,主要通过摩擦磨损试验方法验证其润滑特性。将KM型添加剂加入SL 15W-50润滑油中,运用UMT-TriboLab多功能摩擦磨损试验机进行四球式、旋转盘-销式和往复板-销式的钢-钢摩擦副的对比性摩擦学性能试验。同时,利用三维轮廓仪和电子显微镜进行摩擦形貌分析,并使用高精度电子天平测量试验件的质量损失。试验结果表明:KM型添加剂具有良好的自修复性,能有效减少各钢-钢摩擦副的摩擦磨损,提升润滑油的减磨抗磨性能;对于在用润滑油,加入该KM型添加剂之后,其减磨抗磨性能更佳。