基於解析法的船舶推進軸系縱向強迫振動計算方法
2023-04-23 17:33:01
專利名稱：基於解析法的船舶推進軸系縱向強迫振動計算方法
技術領域：
本發明涉及船舶推進系統技術領域，具體涉及一種基於解析法的船舶推進軸系縱向強迫振動計算方法。
背景技術：
船舶推進軸系是一個彈性系統，因此在推進主機產生的徑向力以及在不規則伴流中螺旋槳產生的周期性變化的縱向推力作用下，推進軸系將產生縱向振動現象。當軸向激振力頻率與縱向振動固有頻率相同時，軸系會發生縱向共振。此時,推力軸承、傳動齒輪及推進主機都將承受附加的軸向交變負荷和彎曲應力，極易引起疲勞破壞。因此，在船舶推進軸系設計時，需要進行縱振計算。船舶推進軸系縱振計算分為自由和強迫振動兩個方面內容，前者計算軸系的固有頻率和固有振型，後者計算軸系在激振力作用下的振幅和交變推力。軸系縱向自由振動計算通常採用離散化的集總參數模型，採用的計算方法包括解析法、有限元法和傳遞矩陣法等，利用這些方法可以精確地對推進軸系的固有頻率和振型進行計算分析。縱向強迫振動計算採用的模型與縱向自由振動相同，但是需要考慮系統中激勵和阻尼的影響。現有的船舶軸系縱振計算指導性技術文件(CB*/Z 337-1984)對系統中的激勵和阻尼均以功的形式給出，即主機激勵功、螺旋槳激勵功、軸承阻尼功、螺旋槳阻尼功和軸段滯後阻尼功等，沒有明確地給出激振力和阻尼係數的計算公式，因此只能採用近似算法，如能量法或放大係數法，對強迫振動進行分析，而不能採用解析法、有限元法和傳遞矩陣法等精度更高的計算方法。近年來，國內相關學者給出了主機和螺旋槳激振力以及軸承和螺旋槳阻尼係數的計算公式，比如參考文獻《船舶推進軸系振動》(陳之炎，上海交通大學出版社，1987)和《動力裝置振動數值計算》(張志華，哈爾濱工程大學出版社，2007)。但是，關於軸段滯後阻尼(內阻尼)係數的計算和處理方式尚未見報導。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術存在的不足，提供基於解析法的船舶推進軸系縱向強迫振動計算方法。通過推導縱向振動軸段的滯後阻尼係數，使得解析法可應用於推進軸系縱向強迫振動響應的計算，從而提高了計算結果的精度。為達到上述目的，本發明是通過以下的技術方案實現的。基於解析法的船舶推進軸系縱向強迫振動計算方法，包括如下步驟:
步驟一、根據原始數據輸入，構建系統的質量及剛度矩陣；
步驟二、計算系統的激振力和質量阻尼係數，構建激振力列向量和質量阻尼係數矩
陣；
步驟三、計算軸段的滯後阻尼係數，修正系統剛度矩陣；
步驟四、求解微分方程，計算推進軸系縱向強迫振動響應。
所述的步驟三包括如下步驟:
1、計算軸段的滯後阻尼功；
2、計算軸段的滯後阻尼係數；
3、修正系統剛度矩陣。本發明提供的基於解析法的船舶推進軸系縱向強迫振動計算方法運算簡便，易於實現，解決了採用解析法進行推進軸系縱振響應計算時軸段滯後阻尼係數的處理問題，提高了計算精度。
圖1為本發明方法的程序流程圖。圖2為本發明一個實施例的推進軸系縱向振動計算模型。圖3為軸系中推力軸承處縱向強迫振動的位移幅值。圖4為軸系中推力軸承處縱向強迫振動的交變推力幅值。
具體實施例方式以下將結合附圖和一個具體實施例對本發明作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。如圖1、2、3和4所示，本發明的具體方法步驟如下:
第一步:根據原始數據輸入，構建系統的質量及剛度矩陣
本實施例中，軸系縱振離散化集總參數模型如圖2所示，包括從螺旋槳到推力軸承之間的軸段。其中，耗為螺旋槳的集中質量，iC#9為軸段簡化後的集中質量，Al8為軸段的縱向剛度，K,為推力軸承及其基座的合成剛度。考慮到計算誤差，推力軸承的基座剛度分6檔進行計算，即&分別取6個不同的剛度值。
權利要求
1.基於解析法的船舶推進軸系縱向強迫振動計算方法，其特徵在於包括以下步驟: Ca)根據原始數據輸入，構建系統的質量及剛度矩陣； (b)計算系統的激振力和質量阻尼係數，構建激振力列向量和質量阻尼係數矩陣； (C)計算軸段的滯後阻尼係數，修正系統剛度矩陣； (d)求解微分方程，計算推進軸系縱向強迫振動響應。
2.根據權利要求1所述的基於解析法的船舶推進軸系縱向強迫振動計算方法，其特徵在於:所述步驟Ι-c)中，計算軸段的滯後阻尼係數，修正系統剛度矩陣包括以下步驟: (a)計算軸段的滯後阻尼功 軸段縱振時，單位體積材料在一個振動循環中的阻尼功為:
全文摘要
本發明公開了基於解析法的船舶推進軸系縱向強迫振動計算方法。根據原始數據輸入，構建系統的質量及剛度矩陣；計算系統的激振力和質量阻尼係數，構建激振力列向量和質量阻尼係數矩陣；計算軸段的滯後阻尼係數，修正系統剛度矩陣；求解微分方程，計算推進軸系縱向強迫振動響應。本發明方法解決了採用解析法進行推進軸系縱振響應計算時軸段滯後阻尼係數的處理和計算問題，運算簡便、易於實現，提高了計算精度。
文檔編號G06F19/00GK103177171SQ201110433478
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者周瑞, 管文生, 楊義順, 王丹, 彭戈 申請人:中國艦船研究設計中心