Experimental study on integral axial squeeze film damper to suppress longitudinal vibration of propulsion shafting

This paper aims at investigating the effectiveness of squeeze oil film in suppressing the longitudinal vibration of propulsion shaft systems through a novel integral axial squeeze film damper(IASFD).After designing the IASFD,a propulsion shafting test rig for the longitudinal vibration control is built.Longitudinal vibration control experiments of the propulsion shafting are carried out under different magnitude and frequency of the excitation force.The results show that both IASFD elastic support and IASFD elastic damping support have excellent vibration attenuation characteristics,and can effectively suppress the longitudinal vibration of the shaft system in a wide frequency range.However,IASFD elastic damping support has a more significant vibration reduction effect than the other supports,and increasing the damping of the system has obvious effect on reducing the shafting vibration.For an excitation force of 45 N,the maximum reduction of the vibration amplitude is 89.16%.Also,the vibration generated by the resonance phenomenon is also significantly reduced.

船舶推进轴系回旋振动研究综述

为了明确回旋振动在船舶轴系设计中的重要性,避免影响船舶航行安全,采用文献收集和调研的方法,分析国内外关于回旋振动的主要研究成果。针对回旋振动的原理、计算方法、规范要求及测试技术等进行论述,总结影响回旋振动的主要因素和消减振动的控制方法,以便于研究人员在设计阶段全面考虑相关计算要求及控制措施。此外,对今后的研究进行展望,基于多学科交叉的耦合振动研究和轴系大数据模型参数整定的应用研究仍需要进一步探索,也为今后船舶减振降噪相关研究提供参考。

推进轴系纵向振动负刚度动力吸振器试验研究

[目的]针对推进轴系一阶纵向振动控制难题,采用碟簧负刚度动力吸振器进行振动控制并进行试验验证。[方法]建立推进轴系纵向振动负刚度动力吸振器试验台架,根据所需控制的轴系一阶纵振模态,设计并研制负刚度动力吸振推力轴承,然后开展不同转速、不同静推力、不同负刚度下的振动传递试验,从而获得推力轴承基座和轴系上的振动加速度响应数据。[结果]结果显示,所研制的负刚度动力吸振推力轴承能以1.6%的吸振器质量使轴承座上一阶纵振轴系的振动响应下降7.8 dB;在轴系固有频率变化5%、静推力变化40%的情况下,负刚度动力吸振器仍能保证3.3 dB的控制效果;在非最优负刚度下,不会恶化轴系和轴承座的振动响应。[结论]研究表明负刚度动力吸振可有效抑制不同转速下轴系一阶纵振处的振动传递。

艉轴承刚度等效形式对轴系横向振动特性的影响

[目的]由于船舶艉轴承的长径比较大,将其简化为传统的单点支撑等效模型难以反映出轴承的实际运行情况,因此有必要探讨艉轴承等效形式对轴系横向振动特性的影响。[方法]首先,基于能量原理,引入改进傅里叶级数方法描述推进轴系的横向振动位移,构建可用于单点、多点和连续分布式支撑的多种等效形式的推进轴系横向振动特性计算模型;然后,分别分析由液膜压力等效的支撑刚度变化对轴系横向振动特性以及螺旋桨激励对轴系振动响应的影响;最后,与文献和采用有限元方法(FEM)计算的结果进行对比,验证所提模型的正确性。[结果]结果显示,多点支撑的计算结果收敛于连续分布式支撑计算结果,螺旋桨激励下轴系响应受转速影响。[结论]研究表明,可采用三点支撑等效形式研究液膜压力分布对推进轴系横向振动特性的影响,所构建的计算模型收敛性好、计算精度高、代价低。

电磁轴承支承的船舶推进轴系纵向振动变刚度控制方法研究

船舶推进轴系纵向非定常激励激发壳体结构振动和辐射噪声,严重影响航行隐蔽性。针对这一问题,结合电磁轴承支承特性主动可控优势,首先提出了一种采用电磁轴承支承的推进轴系结构,然后推导了含推力电磁轴承结构及控制参数的轴系纵向振动频率方程,最后提出了一种基于纵向激励频率的变刚度控制方法。仿真结果表明,在推力电磁轴承可变等效刚度范围内,增大控制器比例系数,可有效提高轴系一阶纵向固有频率,对高阶纵向固有频率影响不大;轴系在不同转速下工作时可以选用不同比例系数,实时调节轴系纵向振动传递特性,有效减小纵向激励向壳体传递。

船舶推进轴系纵向振动及其控制技术研究进展

对船舶推进轴系纵向振动的产生机理、分析方法及其控制技术的国内外研究进展进行较全面系统的综述。内容包括推进轴系纵向振动的激励力研究、机理分析和试验研究、被动控制技术及主动控制技术。重点关注推进轴系纵向振动控制技术方面的研究进展,包括推进轴系改进设计、复合材料轴系、新型推力轴承、动力吸振器、声子晶体带隙减振以及相关主动控制技术,并对今后的研究工作提出一些建议。

船舶推进轴系方案设计的关键技术研究进展

船舶推进轴系的设计质量是其安全、稳定运行的重要保证之一。鉴于船舶推进轴系的组成部件数量及工作环境,其设计是一个复杂的系统性问题。为提高轴系设计质量,国内外船舶领域的专家学者开展了大量的研究工作,相关设计单位和船级社也制定了一系列设计规范和流程。目前,船舶推进轴系常用设计方法的缺点已日趋凸显,故亟需对现有设计方法进行全面综合的分析研究。基于船舶推进轴系的方案设计流程,重点梳理推进轴系的校中及优化、轴系振动及减振控制和轴系设计质量评价等方面的技术进展,并提出未来需要进一步展开的研究工作,旨在为船舶推进轴系的优化设计提供参考。

共振转换器的动力反共振隔振理论与应用

共振转换器是一种有效的动力反共振隔振装置。文章建立了共振转换器的动力学模型,推导了共振转换器隔振系统的力传递率表达式,以此作为理论预测依据分析了其动力反共振隔振特性,并且讨论了相关参数影响,最后介绍了共振转换器在船舶轴系纵向减振方面的应用。仿真结果表明,共振转换器具有液压放大效应和反共振机制,在反共振条件下力传递率可以降低至极低水平,选择低粘度和低密度的流体介质可以提高隔振效果。轴系试验台测试结果显示,共振转换器在隔离宽带振动的同时,还可有效地消减轴系纵向振动的低频共振峰,具有很大的实船应用价值。

船舶轴系试验台研制及其纵向振动特性测试分析(英文)

以模拟实船螺旋桨激励力沿轴系的纵向传递形式为背景,在对大量相关文献调研和分析的基础上,并为满足后续轴系纵向减振装置的安装要求,研制出船舶推进轴系纵向振动模拟试验台。采用单点激励多点拾振的模态测试方法,通过对测试加速度导纳函数进行参数识别获得轴系的纵向振动特性。基于连续弹性体模型,推导出试验台轴系纵向振动的无量纲频率方程,代入轴系第 1 阶纵向模态频率测试值得到试验台轴系推力轴承纵向刚度的估算值,以此作为轴系理论分析模型的输入。结果表明,基于连续弹性体模型求解的轴系纵向振动特性能较好地接近于实际轴系。

利用有限元法与打靶法的纵横耦合轴系主共振分析

在考虑Von Karman非线性位移-应变关系下,利用Hamilton原理与有限元方法建立了轴系纵横耦合非线性动力学模型,推导了其非线性刚度矩阵。结合打靶法研究了轴系在外激励下的横向主共振响应及其稳定性。探讨了激励载荷、阻尼比以及细长比对轴系纵横耦合效应的影响。研究表明:纵横耦合效应呈"硬弹簧"特性,使幅频响应曲线向右倾斜;在某些激励频率处,幅频响应曲线上存在多个稳定解,从而使幅值出现跳跃现象;激励载荷越大,阻尼比越小,细长比越小,系统纵横耦合效应越强;增加阻尼比可以有效抑制纵横耦合非线性效应,提高轴系的稳定性。分析结果对轴系的设计有指导意义。

基于磁流变弹性体的推进轴系半主动式吸振器研究

根据船舶推进轴系纵振动力学特性,针对动力吸振器的减振机理进行研究,并对半主动式吸振器的设计参数影响规律进行理论分析。基于磁流变弹性体的剪切模量可由外加磁场控制的特性,设计了一种剪切刚度可调的半主动式吸振器,对其移频特性进行了试验测试,并在1∶4的船舶轴系缩比模型上进行了变转速工况下吸振效果试验。实验结果表明,该吸振器具有12.3 Hz的移频范围,移频特性曲线线性度良好;并且在不同转速下相比被动式吸振器均有更好的吸振效果,进一步验证了利用磁流变弹性体设计推进轴系半主动式吸振器的可行性。

船舶推进轴系振动控制研究

推进轴系运行引起的振动是船舶艉部振动噪声的主要噪声源,轴系振动控制对船舶振动噪声控制有重要意义。从系统动力特性设计角度出发,对影响轴系振动的因素进行了理论分析,提出了控制轴系纵向一阶叶频临界转速、缩短推进器悬臂长度、开展轴系与结构动力学匹配设计等振动控制措施。通过台架试验对理论研究结果进行了验证,结果表明所提出的振动控制措施切实有效,对实船推进轴系振动控制具有实际指导意义。

船用磁流变弹性体动力吸振器的性能研究

文章针对船舶推进轴系纵振的振动控制进行了研究,结合磁流变弹性体结构特点,通过利用磁流变弹性体的剪切模量可调特性提出一种新型船用磁流变弹性体动力吸振器的思想,实现变转速工况下对船舶轴系纵向振动的有效控制。加工装配出相应的动力吸振器,对其进行移频特性试验测试,并对磁流变弹性体动力吸振器固有频率的影响规律进行了研究,可为船舶轴系振动控制提供理论和工程依据。

船舶推进轴系纵振计算方法及影响因素分析

根据船舶推进轴系纵向振动的运动微分方程,推导了组成推进轴系的刚性均质圆盘、推力轴承以及轴段单元的传递矩阵,给出了利用传递矩阵求解推进轴系纵向振动固有频率和固有振型的方法。为进一步分析推进轴系正常运行时各轴段的纵向振幅和交变轴向力,对刚性均质圆盘、推力轴承以及轴段单元的传递矩阵进行了扩展,进而给出了基于扩展传递矩阵的推进轴系纵向强迫振动响应计算方法。以某型船的推进轴系为研究对象,采用所提出的方法进行了推进轴系固有频率、振型以及强迫振动响应的计算,并且对螺旋桨附连水质量以及推力轴承刚度对纵向振动计算结果的影响进行了分析。结果表明,轴承刚度的升高和附连水质量的降低会提高推进轴系的纵振固有频率,同时推力轴承纵向刚度的变化对于强迫振动响应计算的轴向位移以及轴向推力幅值的影响更为显著。

船舶主推进轴系纵向振动的弹性波解析研究

以采用直接传动形式的船舶主推进轴系为研究对象,将其模化为多级阶梯轴连续弹性体模型。基于纵向弹性波理论,由相邻均匀轴段之间的力和位移连续条件推导各均匀轴段纵向振动波幅系数的传递关系,结合边界条件对主推进轴系的纵向振动进行分析。以文献中讨论的一个舰船推进轴系作为验算实例,理论计算值与实测值吻合较好。在此基础上,推导了主推进轴系纵向振动无量纲频率方程,并讨论相关参数对其第1阶固有频率值的影响。研究结果可为主推进轴系的动态设计提供参考。

金属橡胶在鱼雷推进轴系振动控制中的应用

推进轴系通过支撑轴承向壳体传递的振动所引起的辐射噪声是鱼雷尾部主要噪声源之一。本文针对鱼雷推进轴系振动控制的需求,开展了金属橡胶在鱼雷推进轴系振动控制中的应用研究。根据鱼雷推进轴系支撑结构的特点,设计了具有不同刚度系数的环形金属橡胶隔振装置,研究刚度系数对隔振效果的影响,进行了金属橡胶隔振装置减隔振效果的陆上台架试验。试验结果表明:金属橡胶隔振装置能有效降低推进轴系振动向壳体的传递,壳体平均振动加速度级最大可降低约8 dB,同时在满足推进轴系运行要求的前提下,金属橡胶隔振环的刚度越低,隔振效果越好,轴系转速越高,隔振效果越好。试验结果为金属橡胶在鱼雷轴系振动控制中的应用提供了有力的支撑。

船舶推进轴系纵向振动特性及控制技术研究

船舶推进轴系受到螺旋桨非定常激振力作用,产生纵向振动。通过建立船舶推进轴系分布质量模型,分析轴系纵向固有频率及影响因素;通过有限元分析软件Patran仿真分析被动式动力吸振器和主动控制方法对轴系纵向振动的控制效果。研究表明:螺旋桨质量和附链水对轴系固有振动特性影响较大;被动式动力吸振器受吸振器质量的限制,不如主动控制方法对轴系纵向振动控制效果好;主动控制力在达到激振力一半以上时就可以取得较好的控制效果,但必须考虑系统时滞的影响。

气垫船推进轴系纵向振动计算及试验研究

结合某气垫船推进轴系特点,建立纵振计算当量模型,采用Holzer法开展自由振动计算,获得纵振固有频率和振型;基于能量平衡原理进行受迫振动计算,预报该轴系在螺旋桨叶片次及2倍次激振力作用下的纵振振幅、应力等特性;开展实船纵向振动测试,测试与计算结果较为吻合,为后续气垫船推进轴系纵向振动研究提供依据。

基于主动推力平衡原理的轴系纵向减振技术研究

针对轴系纵向振动引起的船舶尾部振动噪声问题,提出基于主动推力平衡原理的轴系纵向减振方法,设计了轴系纵向减振结构,通过试验研究了该结构的刚度特性,并对比分析了应用纵向减振结构前后轴系纵向振动特性。结果表明,提出的基于主动推力平衡原理轴系纵向减振方法,可有效化解减振结构低动刚度和高静刚度之间的矛盾,有利于桨轴系统纵向振动控制向低频范围扩展;应用基于主动推力平衡原理的纵向减振结构后,轴系纵向振动控制效果明显。

范数最优控制理论在植树挖坑机钻头主轴纵向振动系统中的应用

首先利用弹性动力学理论和Hamilton变分原理建立了植树挖坑机钻头主轴及钻尖在进给过程中钻尖与土壤互相作用而产生纵向振动的动力学模型,同时给出边界条件和初始条件。其次通过把系统阻尼函数当作控制变量,利用算子半群理论和Banach空间几何方法,以“范数最小”来证明系统最优控制的存在性和唯一性,为有效地预测和控制钻头的运动规律,改善钻头主轴的动力学特性,提高钻头工作效率及改进设计方法提供了新的理论依据。