螺旋桨随边削边振动特性预报软件开发

由于螺旋桨几何曲面复杂,为实现随边削边几何建模与振动分析功能,该文开发了一款通用的螺旋桨随边削边振动特性快速预报软件。采用有限元法、基于QT平台,结合MATLAB程序语言与ANSYS模块功能完成了螺旋桨随边削边振动分析软件的开发。基于该软件,对4383桨前五阶固有频率数值进行了求解与分析,结合参考文献数据发现相对误差均在5%以内,证明该软件程序和计算结果的正确性。该软件使用方便、运算快速,具有良好的工程应用价值,为实现螺旋桨随边削边后船-机-桨合适匹配提供了新的分析途径。     

基于参数化建模的螺旋桨随边削边振动研究北大核心CSCD

[目的]工程上常采用随边削边法解决因负荷过重所导致的船-机-桨不匹配的问题。针对工程中常使用的随边单边切割法,开展基于参数化建模的螺旋桨随边单边削边振动研究,探究随边削边对螺旋桨振动特性的影响。[方法]选取DTMB4381,4382及4383等型桨为研究算例,结合Matlab编程技术与ANSYS二次开发程序得到不同随边单边切割量对螺旋桨振动特性的影响规律,并分析对应影响规律产生的不同原因。[结果]对于无侧斜的4381桨,其固有频率随随边切割量的增大小幅增加,而模态振型变化不大;对于有侧斜4382及4383桨,随边切割量增加,其固有频率变化规律与无侧斜的4381桨基本相同。[结论]侧斜不会改变螺旋桨在不同随边单边切割量下的振动特性规律;随着随边切割量的增加,两种桨形削边后,固有频率变化率均会明显提升,且在高阶时增幅更为明显。对应的二次开发计算程序可在实际工程中帮助相关人员从振动特性的角度选取最优削边方案,为削边方案的设计和改良提供理论依据和指导。     

应用螺旋桨削边技术减轻老旧船的主机负荷

螺旋桨削边技术对改善老旧船的船—机—桨匹配具有显著作用,通常对螺旋桨削边设计采用半理论半经验的近似估算方法,确定螺旋桨直径与随边的切割量。数十艘实船改造结果表明,采用螺旋桨削边技术可以使主机负荷减轻,工况改善,对提高主机的使用安全和延长主机的寿命极为有利本文将就螺旋桨削边技术的实际情况展开论述。     

导管螺旋桨削边研究和实践

常规螺旋桨应用削边技术进行船—机—桨的匹配已经十分成熟和广泛。但关于导管螺旋桨应用削边技术进行旧船的船—机—桨的重新匹配的实践较少。文章应用螺旋桨削边技术对导管螺旋桨进行削边,并取得了成功。     

2160kW海洋救助拖船推进装置工况匹配分析

通过船、机、桨三者之间关系的分析，将实测的柴油机带动螺旋桨的推进特性入主机功率允许工作区域图中，从而判断２１６０ｋＷ海洋救助拖船螺旋桨选配设计不合理。按拖轮使用的主要工况考虑一定的储备，削边修正螺旋桨，使船舶主机长期安全营运。     

基于流固耦合的船舶轴-桨耦合振动特性分析

以研究螺旋桨水动力和离心力对船舶轴-桨组合振动特性的影响为本文的研究目的,基于W o r kbench平台,采用流固耦合有限元分析方法,进行船舶轴-桨组合模态分析。在CFX中计算螺旋桨敞水性能,并在Ansys中将螺旋桨叶面水压力和离心力作为预应力分析轴桨组合振动的固有频率和振型,比较轴系、螺旋桨单独模型和轴-桨组合模型在固有频率上的区别。计算结果表明,轴桨组合的固有频率远远低于轴系和螺旋桨独立模型的固有频率;轴-桨旋转产生的离心力对其固有频率影响不大;螺旋桨在流场中产生的水压力略微提高纵向振动固有频率,但影响很小,在实际应用中可以忽略。     

采用螺旋桨削边技术解决增压器喘振的探讨与实践

增压器喘振现象是船舶的常见故障,导致增压器喘振的原因很复杂。由于船-机-桨的不匹配而导致增压器喘振可以采用螺旋桨削边技术使船-机-桨重新匹配,从而解决增压器喘振现象。     

基于流固耦合的船舶轴-桨耦合振动特性分析

以研究螺旋桨水动力和离心力对船舶轴-桨组合振动特性的影响为本文的研究目的,基于W o r k-bench平台,采用流固耦合有限元分析方法,进行船舶轴-桨组合模态分析.在CFX中计算螺旋桨敞水性能,并在Ansys中将螺旋桨叶面水压力和离心力作为预应力分析轴桨组合振动的固有频率和振型,比较轴系、螺旋桨单独模型和轴-桨组合模型在固有频率上的区别.计算结果表明,轴桨组合的固有频率远远低于轴系和螺旋桨独立模型的固有频率;轴-桨旋转产生的离心力对其固有频率影响不大;螺旋桨在流场中产生的水压力略微提高纵向振动固有频率,但影响很小,在实际应用中可以忽略.     

相似理论下的桨-轴系统振动特性分析

为更好地了解桨-轴系统的振动特性，以某桨-轴系统为研究对象，基于ANSYS Workbench平台下多个模块建立仿真分析，对缩尺模型下的桨-轴系统计入水压力和离心力的振动进行研究。桨-轴系统振动相似性的研究采用原尺寸模型与缩尺模型，分别求解其固有频率、振型及幅频曲线进行相似性验证。将验证的缩尺模型进行考虑水压力与离心力的振动特性研究。水压力利用Fluent模块对螺旋桨进行敞水计算。将计算结果采用单向流固耦合的方法进行加载。离心力模拟以设置不同的旋转速度实现。谐响应分析采用模态叠加法进行计算。研究表明，缩尺模型在固有频率、振型及幅频曲线上的结果与原模型计算结果基本一致。计入水压力与离心力的桨-轴系统固有频率会有所降低。水压力对桨-轴系统的纵向固有频率影响较大。离心力对桨-轴系统的固有频率影响不明显。     

船用螺旋桨的计算机辅助数据分析检测

近年来在船用螺旋桨的设计和制造技术方面取得了长足的进步，从而使数据分析技术在船用螺旋桨检测方面有了一个较大的发展。本文介绍了现阶段旋桨检测分析技术，该技术是与近期开发的ＰＯＲＰＡＲ软件合作的成果。该软件具有局部叶切面分析和水动力参数分析等崭新的处理方法，可以为螺旋桨制造和设计人员预先提供不可内视和期望的螺旋桨特性。     

基于重根模态特性的舵桨电机振动

针对某型船全回转舵桨电机出现的振动超标问题,通过振动位移传递分析发现电机-基座系统存在一对重根模态,且系统在1/2倍电磁频率附近产生共振。采用振动特性实时测试技术,对振动传递路径进行灵敏度分析,以识别电机振动源。基于PATRAN的模态分析结果,验证了电机-基座结构在17Hz附近存在一对重根模态,并对电机安装基座开展优化设计以避开电机-基座系统的共振频率。结果表明,电机顶部的振动速度从22 mm/s降低至8 mm/s。将有限元法与振动实测技术相结合,可有效解决舵桨电机的振动问题,对立式电机、全回转舵桨推进器等结构的设计与安装及类似振动故障问题的解决,具有一定指导意义。     

船舶艉轴承的工作特性分析

根据某近海拖轮的推进系统,将其轴系进行分析和简化,并利用有限元软件ANSYS建立轴系横向振动的有限元模型,并分析船舶艉轴承发生磨损的原因。如果艉轴承支撑位置安装不当以及螺旋桨激励力的影响,会使轴承负荷分配不均,引起超负荷轴承的过度磨损。而艉轴承的过度磨损则会引起其支承长度的变化,不同位置轴承支承长度的变化对轴系固有振动特性的影响也不同。     

单/双层水下结构振动声辐射研究

为研究单壳体和双壳体两种典型潜艇结构的振动声辐射特性,本文建立单/双层桨-轴-壳体简化模型,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,分别计算螺旋桨激励、外部流体激励以及机械激励3种激励源下水下结构的辐射声功率声源级曲线。结果表明:螺旋桨激励下,单层水下结构声辐射略低于双层结构;外部流体和内部机械设备激励下,单层水下结构声辐射明显高于双层结构。     

吊舱推进器螺旋桨的敞水性能数值图谱

基于MAU型螺旋桨图谱,应用升力面理论涡格法计算系列大毂径MAU型螺旋桨敞水特性,以单元函数法将敞水性能表达成为毂径比和进速系数的函数,通过二元多项式插值法将MAU型螺旋桨敞水特性拓展到包括大毂径比的POD螺旋桨的敞水性能曲线。     

潜艇艉轴及电机激振对电机基座加速度的影响

电机振动为潜艇噪声的重要振源,掌握其特性对于优化艇体结构设计有着重要的意义。采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量阻尼算法,对潜艇的2种不同位置激振的工况进行水下振动计算,并对数值计算结果进行了比较和分析。从离散频率的加速度值和功率两个层面上初步讨论了低频段内艉轴激振力与电机激振力对电机基座上加速度的影响。结果表明：在艉轴激振力比电机激振力大一个数量级的情况下,艉轴激振力对电机基座加速度的影响远小于电机激振力对其的影响,因而可以忽略。在实艇航行中,当艉轴与电机激振力同时存在的情况下,确保了电机振动特征信号测量的准确性。     

螺旋桨敞水性能计算及堵塞效应研究

根据螺旋桨的投影原理以及其几何参数,用三维建模软件 CATIA 建立三维螺旋桨数值模型。根据计算流体动力学（CFD）原理,使用流体动力学软件 Fluent 对螺旋桨数值模型进行分析计算。采用 RANS 方法结合RSM 湍流模型求解螺旋桨三维粘性流场,计算域的离散采用非结构网格方法,运用相对旋转坐标方法（MRF）来模拟螺旋桨的运动,以此求出该螺旋桨在常态以及堵塞效应下的流场特性,并将螺旋桨的数值计算结果与试验结果进行对比以确定该方法的适用性。最后研究堵塞效应的相关性质并将螺旋桨普通敞水性能与螺旋桨在堵塞效应下的敞水性能进行对比,得出堵塞效应对螺旋桨敞水性能的影响。     

Free and forced vibration analyses of ship structures using the finite element method

With increases in ship size and speed, shipboard vibration becomes a significant concern in the design and construction of vessels. Excessive ship vibration is to be avoided for passenger comfort and crew habitability. In addition to the undesired effects on humans, excessive ship vibration may result in the fatigue failure of local structural members or malfunctioning of machinery and equipment. The propeller induces fluctuating pressure on the surface of the hull, which induces vibration in the hull structure. These pressure pulses acting on the ship hull surface above the propeller are the predominant factor for vibrations of ship structures are taken as excitation forces for forced vibration analysis. Ship structures are complex and may be analyzed after idealization of the structure. Several simplifying assumptions are made in the finite element idealization of the hull structure. In this study, a three-dimensional finite element model representing the entire ship hull, including the deckhouse and machinery propulsion system, has been developed using solid modeling software for local and global vibration analyses. Vibration analyses have been conducted under two conditions: free–free (dry) and in-water (wet). The wet analysis has been implemented using acoustic elements. The total damping associated with overall ship hull structure vibration has been considered as a combination of the several damping components. As a result of the global ship free vibration analysis, global natural frequencies and mode shapes have been determined. Moreover, the responses of local ship structures have been determined as a result of the propeller-induced forced vibration analysis.     

支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究

针对支撑参数改变轴系振动特性问题,建立轴系-轴承-基座系统分析模型,研究轴承支撑刚度、基座支撑刚度等支撑参数对系统振动固有特性、振动传递特性的影响规律,并提出轴系减振设计参数控制方向。分析结果表明：轴系横向振动模态频率对轴承刚度、基座刚度在某些区间较为敏感;轴系横向振动部分稳定模态频率不随支撑参数改变;螺旋桨轴承强基座刚度、弱轴承刚度,有利于降低螺旋桨横向激励力通过轴系向螺旋桨轴承的传递;舱内油润滑轴承支撑参数改变对降低螺旋桨轴承处的振动传递影响较小。     

基于分离涡模拟的对转舵桨水动力性能数值分析

基于OpenFOAM 软件平台,采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)模型,结合滑移网格方法,对一组对转桨和对转舵桨的水动力性能进行数值预报,并利用快速傅里叶变换(FFT)对推力系数进行频谱分析。对转桨数值计算结果与模型试验结果比较,推力、扭矩系数以及推进器效率的误差分别在3%、2%和5%左右,验证了该数值方法的可行性。对转舵桨数值计算结果提示:压差阻力是吊舱和立柱阻力的主要成分,在立柱的前端存在回流,对立柱的优化设计可以从这两方面入手;立柱和吊舱的存在能够减小轴承力导致的振动。     

基于Adams的调距螺旋桨滑块式调距机构运动学分析

本文主要进行调距桨滑块式变距机构的运动学分析,在设计工况下,通过运动学分析软件Adams对调距桨的变距机构进行仿真,得出相应工况下变距机构各个部件的运动参数,并将运动参数与设计理论参数对比,为此种螺旋桨调距机构的设计和生产提供理论依据。