传动装置结构振动计算和试验研究

摘要：船舶传动装置是船舶结构振动的主要激励源,现有的传动装置振动分析侧重于轴系振动,主要针对轴系的安全性,没有考虑结构振动的影响。论文以试验室传动装置试验台架为对象,用ANSYS有限元软件建立了整个传动装置的试验台架计算模型,通过计算数据和实验数据的对比,验证了有限元计算的可靠性,并通过改变激励条件,研究了船舶传动装置结构振动的传递规律。     

主机与螺旋桨激励下某型散货轮船体振动差异特性研究

船舶的低频振动与水下辐射噪声是船舶最主要的噪声源,该振动噪声频谱通常分布在80 Hz以下的频段内,该频段内噪声源主要由主机激励和螺旋桨激励两部分构成。利用有限元法,基于某30 000 DWT型散货轮实际船型的尺寸和主机的安装位置建立带有主机、轴系、螺旋桨的船体有限元分析模型,进行模态分析,得到整船的固有特性。并在此基础上,分别计算主机机座垂向激励和螺旋桨轴向、垂向激励下整船的振动传递函数,获取两激励源引起船体振动的差异特性,为船舶动力系统设计与船体振动噪声控制提供参考。     

船舶推进轴系纵向振动抑制研究

针对船舶轴系的纵向振动情况,建立“螺旋桨—轴系”纵向振动的动力学模型,并推导出其前3阶模态振型。同时,建立轴系的有限元模型,并将计算结果与解析解进行对比。提出用动力消振的方法对船舶轴系的纵向振动进行抑制。通过对实际转速下轴系纵向振动情况的仿真模拟,发现在船舶正常工作范围内,轴系的实际振动状况与其1阶模态十分接近,于是利用轴系纵向振动的响应在其第1阶模态处进行截断,列出轴系加装动力吸振器之后的动力学微分方程,并推导出加装动力吸振器后系统的响应表达式。针对系统的响应公式,设想利用磁流变弹性体材料制作宽频动力吸振器,并进行简单的概念设计。提出的设计方案为船舶推进轴系振动抑制提供一种新的思路。     

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。     

《船舶传动系统结构振动控制技术研究》

柴油机推进系统是船舶广泛采用的动力系统,现有的传动系统振动分析侧重于轴系扭转振动,主要针对轴系的安全性,没有考虑结构振动的影响,也没有考虑振动能量沿轴系的传递和衰减,缺乏专业的计算分析方法。论文以典型的柴油机推进系统为研究对象,采用高弹性连轴器、橡胶隔振器等元件进行传动系统结构振动控制技术研究,建立了柔性传动系统结构振动的虚拟仿真计算方法。     

船舶试验典型振动问题的控制方法

由于某超大型液化气船在船舶试航期间出现明显振动问题,为了保证船舶顺利交付,急需在有限时间内提出经济有效的振动控制方案。通过应用有限元软件对局部振动结构进行模态分析,将计算结果与激励频率范围进行对比,并结合试航试验结果,找出引起局部振动的主要激励源。采用避开结构固有频率的方法,结合修改时间与优化成本,最终提出经济有效的结构优化方案。通过再次试航试验,结果表明修改后的结构振动响应有显著减少,验证了优化方案的有效性。     

螺旋桨非定常激励力传递特性研究

螺旋桨非定常激励是引起轴系和潜艇振动的重要因素。首先建立轴系-艇体耦合结构模型,通过有限元仿真对比螺旋桨横向和纵向激励的传递特性以及螺旋桨非定常激励力引起的潜艇声振特性,并重点研究轴系对螺旋桨纵向非定常激励的传递作用,最后通过试验对仿真分析结论进行验证。结果表明,轴系对螺旋桨纵向激励的传递效率明显高于横向激励,且纵向非定常激励引起的潜艇振动和声辐射也显著高于横向非定常激励;轴系对螺旋桨纵向非定常激励具有显著的放大作用,对潜艇水下声辐射影响较大。     

船舶推进轴系的动态模型

根据船舶轴系的结构特点与运动形式,先利用船体与轴承的有限元模型计算了轴系支承处的刚度,然后根据滑动轴承的运动方程,建立了滑动轴承油膜的有限元模型,分析了带有多个滑动轴承的船舶轴系的各轴承位置,并利用船舶系统的动刚度及油膜的动力特性以及螺旋桨的水动力,建立了轴系的动态计算模型,计算了在三个不同转速下轴系的动态响应。与实船测试的结果比较表明,轴系的动态模型是可信的,模型的建立为分析船舶在航行过程中的动态响应提供了方便。     

轴-壳耦合系统摩擦振动

推进轴系与壳体的组合是水下航行器的主要结构,而艉轴承支撑轴系与壳体连接中最大负载。采用有限元法与子结构模态分析法综合,建立轴系-壳体耦合结构有限元模型及子结构耦合模型,研究该耦合系统在摩擦激励下的振动特性,分析了摩擦引起系统自激振荡的影响因素及摩擦振动引起系统粘-滑运动的特点。旨在建立准确的轴、壳耦合系统振动的原理模型,分析摩擦力下系统振动响应。     

艉轴承标高对轴系横向振动的影响理论分析

船舶推进轴系的对中状态直接影响轴系的振动,分析其影响规律对于识别和有效控制异常振动具有重要意义。文中艉轴承支撑力采用与标高有关的非线性模型,考虑螺旋桨的不平衡回旋,在此基础上根据有限元方法建立了连续轴系的非线性动力学模型。通过求解非线性动力学响应,分析艉轴承标高与轴系垂直弯曲振动二者之间的关系,可为改善轴系对中状况与减小轴系振动提供参考。     

基于振动功率流的船艉传递路径分析

根据模态分析理论和功率流理论,分别从振动模态和能量的角度,对艉部系统的传递路径进行理论推导和数值分析。研究发现,螺旋桨处横向激励时船艉的三处传递路径中,在低频段,尾端支撑为主要的传递路径;在中频段,推力轴承基座处为主要的传递路径。     

振动功率流防振系统

为了更好地对船舶结构噪声加以控制,达到减振降噪的目的,就必须确定振源位置、振动的传播途径,弄清个别机械在构成共同振动中所起地作用。因而采用了振动功率流的概念,提出了两种测量振动功率流的方法——直接测量法和间接测量法,建立了两种测量方法的数学模型,并且对这两种测量方法加以详细的介绍,分析了这两种测量方法各自的优缺点。最后用试验进行了验证。     

含刚性阻振质量舱壁结构隔振特性优化设计

基于波动理论,分析了刚性阻振质量对振动波传递的阻抑特性,讨论了振动波入射角度、阻振质量横截面尺寸对其隔振性能的影响。在理论分析的基础上,从阻抗失配的角度出发,将刚性阻振质量环和刚性阻振质量锯引入舰船典型舱壁,构造具有高传递损失特性的舱壁结构,并采用动力学优化设计方法开展了舰船高传递损失舱壁结构隔振特性优化设计。研究结果表明：优化后的舱壁结构在有效减弱动力舱段本舱振动的同时,更加显著地阻隔了振动波向邻近舱段的传递。     

齿轮箱减振效果评估测试研究

齿轮箱是船舶动力装置的一个重要部件,常因振动而出现故障,也是舰船振动与噪声的主要根源之一,所以必须要对其进行减振处理.对某型齿轮箱振动烈度和振级落差进行了测试,详细分析了测试结果,对该齿轮箱的减振效果进行了评估,结果表明该齿轮箱的减振措施达到了预期的效果.最后,还对测试提出了建议.     

SWATH型科考船柴油发电机组气囊隔振设计方案

小水线面双体船(small waterplane area twin-hull ship,SWATH)型科考船作为承担远洋深海科考任务的特种船舶,对船舶的水下辐射噪声和自噪声控制十分严格。为了控制SWATH型科考船自噪声,针对科考船上主要振动噪声源1 100 kW柴油发电机组采用气囊隔振技术,进行机组气囊隔振系统的设计和计算分析校核,并通过振动测试证明柴油发电机组气囊隔振设计方案具有良好隔振效果,可很好抑制振动源向船体的振动传递,从而降低全船自噪声。     

舰艇结构的动态特性分析

以各国海军普遍采用的液压平衡式发射系统为研究对象,通过对发射压力固有特性的分析,建立舰艇结构的有限元分析模型。在此基础上,进行模态和瞬态计算与分析,结合发射采用的高压水的性能曲线,探讨影响鱼雷水下发射结构噪声的主要因素,包括舰艇壳体属性、流体属性及发射管壳体属性等,和未来进一步研究的方向。     

轴系振动监测系统的开发与试验验证

针对船舶动力轴系的安全运行考虑,开发出一套综合性的轴系振动在线监测系统,对船舶轴系等动力机械轴系工作状态进行实时监测,通过连续在线监测轴系运行的重要振动参数,及时了解动力装置和轴系的运行状况,为船舶等动力机械安全可靠的运行提供保障。以ARM加DSP为开发平台,综合应变电测、无线遥测和数字信号处理等技术开发了监测系统,并在柴油机试验台架上进行试验验证,试验结果表明该轴系振动监测系统能实现较高精度的监测。     

稳态强迫激励结构振动最优控制

本文在模态控制方法的基础上,借助信号处理的理论,针对船舶主机激振的特点,提出了复杂强迫激励结构振动的最优控制方法.文中研究了实时获取激励信息的方法,并将船舶简化为一根简支梁对其进行仿真.最后讨论了估计激励频率的精确性及系统模型精度对控制品质的影响.     

汽车主减速器结构振动在线监测系统研制

简述了汽车主减速器齿轮的简化振动模型和振动与噪声的关系,利用噪声所携带的故障信息,提出一种利用虚拟仪器对主减速器的结构振动加速度信号进行采集、功率谱分析和故障检测的监测系统.此系统在生产线上能够科学有效地检测主减速器的早期故障,从而有针对性地采取检修措施,确保主减速器的产品质量,提高传动性能,同时还可以达到降噪目的.