船舶推进轴系扭转振动概述

推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分,其在运转过程中会不可避免地产生振动,并引起主机、传动装置振动,从而诱发船体结构振动。为避免影响船舶航行性能和安全性,对轴系扭转振动产生的原因及轴系扭转振动计算方法进行着重论述,并总结介绍轴系扭转振动的消减措施,旨在深入浅出、通俗易懂地使读者了解船舶推进轴系扭转振动。

船舶推进轴系纵振动力吸振器设计及参数影响规律研究

提出一种并联安装在船舶轴系上的纵振动力吸振器的设计方法,其中船舶轴系与动力吸振器构成主从系统,实现振动能量在主系统上发生转移,实现抑制主系统共振的目的。首先对船舶轴系的纵向振动进行固有频率和模态分析,其次采用模态截取和模态综合法建立了考虑船舶轴系作为弹性连续体情况下的轴系-动力吸振器混合动力学系统模型,最后给出从螺旋桨激励力传递到推力轴承基座端的动力放大系数解析式,并对动力吸振器的设计参数影响规律进行研究,为减小船舶轴系纵向振动的动力吸振器设计提供了理论依据。

船舶推进轴系冲击响应

采用有限元与数值仿真相结合的方法 ,建立推进轴系垂向冲击响应计算的数学模型 ,导出了在加速度冲击输入条件下轴系垂向冲击响应数值仿真方法 ,并通过一个工程计算实例阐述了该方法的适用性。

冰载荷冲击下的船舶推进轴系瞬态扭转振动响应分析

传统的推进轴系扭转振动响应计算聚焦于稳态响应,而传递矩阵法、系统矩阵法,可以取得满意的稳态计算结果,但无法处理冰区船舶、海洋工程船舶所遇到的变载荷、变惯量等瞬态工况。为了克服频域扭振计算方法在处理瞬态条件扭振问题的局限性,使用Newmark法从时域求解轴系扭转振动微分方程组,基于该算法对某船推进轴系在冰载荷作用下的瞬态响应做了数值计算。其结果表明,在冰载荷冲击下,轴系瞬态扭矩比稳态扭矩大;通过时频分析,在冰载荷作用期间,出现了明显的螺旋桨叶频激励,因此须避免冰载荷激励产生轴系扭转振动的叶次共振。Newmark法扭振计算结果与实船测试结果对比表明,该方法在稳态响应计算和时域曲线上都与实际测量结果基本一致,具有工程实用性。

带齿轮副船舶推进轴系动态响应仿真研究

为更好分析及准确判断船用齿轮箱故障,以某江海直达货船推进轴系为研究对象,建立带齿轮副推进轴系的扭转振动模型,运用齿轮副时变啮合刚度理论计算方法,分析齿轮副在故障态下啮合刚度的变化,拓展传统推进轴系瞬态响应计算。基于有限元分析与信号处理软件得到考虑时变啮合刚度时正常态与故障态下带齿轮箱推进轴系瞬态响应频谱,并分析频谱中故障频率的成分与特点,为完整推进轴系齿轮副故障分析提供依据。

船舶推进轴系的扭转-纵向冲击响应

以某柴油机推进轴系为例,建立了扭转-纵向冲击有限元模型,加入柴油机曲轴和螺旋桨附水引起的扭纵耦合效应,研究了扭纵耦合轴系的自由振动和扭转-纵向冲击响应,并与无耦合轴系结果进行对比,分析了扭纵耦合效应对推进轴系自由振动和冲击响应的影响。结果表明,扭纵耦合效应对推进轴系的固有频率影响不大,但它明显地影响了冲击响应,扭纵耦合下,单一类型(扭转或纵向)冲击会同时激发纵向和扭转振动,并且引起较大的位移和扭矩波动,威胁轴系运行安全。因此船舶推进轴系的扭转-纵向冲击在设计阶段应予以足够的重视。

轴承润滑特性对船舶推进轴系校中的影响

径向轴承及推力轴承处边界条件的准确建立是船舶推进轴系校中计算的重点与难点。基于流体动压润滑理论,分析不同运行工况下考虑轴颈倾斜的径向轴承润滑特性,将轴承间隙、油膜厚度、支承基座及船体柔性以等效轴段挠度的形式计入轴系校中过程,并与刚性支承、弹性支承模型计算结果进行对比分析;计算因推力轴段转角、支承基座变形而引起的推力轴承附加力矩,并分析其对轴系校中的影响;建立轴承润滑与轴系校中耦合计算方法。结果表明:由径向轴承间隙、轴颈倾斜而引起的支点位置改变、润滑油膜厚度、推力轴承处附加力矩对轴系校中具有重要影响。

波浪载荷对船舶推进轴系的影响

针对用二维方法分析波浪对推进轴系影响时,只能计算纵向弯曲变形,且精度不高的问题,通过对某散货船进行三维有限元建模,基于PATRAN命令语言(PCL)进行编程,计算作用于船体有限元的波浪压力,并进行自动加载分析.在不同海况下,计算船体变形情况,分析了推进轴系处船体的相对变位及其对轴承负荷的影响.结果表明:在4级及4级以下海况时,波浪对轴线处船体变位影响较小;波浪对轴线处船体变位影响随海况增加而增加,在8级海况以上时,轴线处船体变位最大值超过4 mm,将对推进轴系各轴承负荷造成巨大影响;在航向角为30°时,3个方向的相对变位都有所增加.

船舶推进轴系扭振数据采集及处理系统

从验证扭振信号采集和故障监测的准确性和可靠性的目的出发,设计了一套船舶推进轴系扭振数据采集及处理系统。同时,以齿盘和光电开关组合为传感器,NI的信号调理箱、数据采集卡等为主要器件实现了扭振信号采集;并采用Visual C++编程开发了故障监测与分析软件,实现了对扭振信号的实时采集和处理。实验研究结果表明,该方案实现了设计的目标,较好地满足了教学和科研的需求。

基于威尔逊θ法的船舶推进轴系扭转振动计算

通过使用威尔逊θ法,在时域内把轴系扭转振动微分方程的响应历程按照一定的时间步长进行离散,根据各时间点上的动力学关系建立方程进行逐步求解。应用MATLAB编制计算程序,稳态响应结果与精确方法基本一致,同时获得了轴系元件在时域内的动态响应,且其中角位移动态响应中还包含了滚振分量。因此采用威尔逊θ法扭转振动计算,可以应用于非稳态工况的求解。

船舶推进轴系故障特征信息识取方法比较

为研究不同船舶推进轴系故障特征量提取方法的优缺点,针对船舶推进轴系故障振动信号的瞬态(脉冲)和周期性2个特点,介绍快速傅里叶变换(FFT)、EAF和EEAF3种周期故障特征信息识取方法,并在实船试验中就这3种方法的适用性、准确性和复杂程度等进行比较分析。结果表明:EEAF相比FFT和EAF,能快速、准确地提取船舶推进轴系周期性故障信息的特征频率及其振幅,具有良好的稳定性,可专门用于船舶推进轴系故障分析和诊断。

利用实验数据修正船舶推进轴系横向振动的有限元模型

本文在 Berman 法的基础上提出了两种改进的修正方案,利用实验数据修正了船舶推进轴系横向振动的有限元模型。计算结果表明:本文的两种方案既可保证刚度矩阵、质量矩阵的带状性,又具有较高的精度和较快的计算速度。

大型船舶推进轴系回旋振动特性分析研究

在分析大型船舶推进轴系结构特点的基础上,考虑船体与推进轴系的相容性,建立了大型船舶推进轴系回旋振动的有限元模型,研究了低速转子的动力学特性及陀螺效应理论,利用有限元分析软件,分析了螺旋桨惯性力矩,即陀螺力矩(包括哥氏惯性力矩和牵连惯性力矩)、应力刚化效应及旋转软化效应等对轴系回旋振动的影响,得到一系列有价值的结论,从而验证了理论分析的正确性,能为大型船舶推进轴系设计计算提供理论指导。

基于灰色马尔科夫过程的船舶推进轴系可靠性分析

为了对船舶推进轴系进行可靠性评估,提出了基于灰色马尔科夫过程的船舶推进轴系可靠性评估模型。该方法将船舶推进轴系分为若干个子系统,根据各个子系统在不同状态下的统计数据,将马尔科夫过程与灰色系统理论相结合,建立了船舶推进轴系可靠性评估模型。通过对实际船舶推进轴系可靠性指标的计算和对比,验证了该模型的正确性,从而为制定船舶推进轴系的维修策略提供了理论支持。

船舶推进轴系纵、横、扭耦合振动传递矩阵法的研究

本文发展了传递矩阵法的理论,导出了计入回旋效应尾轴轴段的耦合振动数学模型;螺旋桨由附水质量、阻尼引起的耦合振动传递矩阵;建立了船舶轴系(从发动机到螺旋桨)的耦合振动数学模型。对大连造船厂27000t散装货船推进轴系进行了耦合振动数值计算,计算结果与实船测试相吻合。本文还进行了轴承刚度值对轴系耦合振动特性的影响的研究。

考虑转速的船舶推进轴系建模和冲击响应分析（英文）

鉴于目前商业有限元软件不能模拟旋转时的船舶推进轴系,运用多体动力学方法建立了既考虑轴系转速又考虑了轴系的抗弯刚度的较精确的推进轴系模型,求得旋转轴系在受冲击作用下的位移和应力响应。并退化到不考虑转速的情形,与Ansys的结果作了对比,验证了模型的正确性。然后比较不同转速下轴系的冲击位移和应力响应,结果表明,转速对冲击响应的影响不可忽略。另外,应力的求解为后续的研究提供了新思路。

周期性载荷作用下船舶推进轴系运行状态的数值仿真

针对船舶推进轴系运行状态描述、规律分析等问题,首先通过理论分析及推导方法,建立周期性载荷作用下船舶推进轴系运行数学模型,再以某64000吨散货船为研究对象进行数值模拟仿真计算,利用仿真计算结果和实船测试数据进行对比分析,对船舶推进轴系动态运行状态、特征及其规律进行讨论与分析,验证了周期性载荷作用下船舶推进轴系运行数学模型的准确性。

基于电阻应变片法的船舶推进轴系负荷测试方法研究

船舶推进轴系负荷测试是船舶推进轴系设计、校中计算、轴系安装、调整等过程中不可缺少的环节,其目的是使船舶实际运营中的轴承负荷在设计允许的范围之内。利用轴系截面应变测量原理,推导出轴系应变、截面弯矩与轴承负荷三者之间的数学关系式,在此基础上,确定了后艉轴承载荷分配比例与支点位置计算方法。经过实船数据的测量计算,并与国外实验结果的比较和分析,证明了该方法能够满足目前国内船舶推进轴系负荷测试的需要。

基于压缩感知与VMD的船舶推进轴系轴承振动故障分析

针对传统信号采样方式会产生大量冗余数据的问题,提出一种综合压缩感知和变分模态分解(VMD)方法的船舶推进轴系轴承振动故障分析方法。首先利用观测矩阵对采样信号降维观测,并运用正交匹配追踪(OMP)方法重构信号,其中,重构循环次数由设定阈值或限定次数动态决定。在此基础上,将重构数据利用VMD进行分解,根据峭度准则选取最佳模态分量分析其包络谱,与故障特征频率进行匹配。经数据实验结果验证,论文所述的算法不仅有效地识别了船舶推进轴系轴承的故障特征,而且具有一定的实时性。

基于全息SDP的船舶推进轴系轴承故障诊断研究

[目的]针对船舶推进轴系轴承的故障诊断问题,提出一种基于全息对称点图形(SDP)和相似性识别的可视化诊断方法。[方法]首先,多方位采集轴承振动信号,全面监测轴承发生故障时的规律性冲击在时域和频域中引起的非平稳性变化特征;然后,基于SDP对称点分布原理,将多个维度信号的时域和频谱融合至同一个二维图形,以放大信号之间的差异性;最后,基于相似性识别方法对轴承进行简易诊断。[结果]轴承故障实验平台的验证结果表明,该方法可以实现多个信号的有效图形融合,全面展示设备信号的状态特征,从而准确地诊断故障。[结论]研究成果可为船舶推进轴系轴承的可视化故障简易诊断提供参考。