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某冰区航行船舶轴系扭转振动计算分析
| 论文题名： | 某冰区航行船舶轴系扭转振动计算分析 |
| 关键词： | 冰区船舶;推进轴系;扭转振动;频域算法 |
| 摘要： | 船舶推进轴系扭转振动的计算内容分为自由振动计算和强迫振动计算。自由振动计算的计算方法主要有Holzer法、传递矩阵法和转化为矩阵特征值问题的矩阵法等；传统上，强迫振动计算的计算方法主要有能量法、传递矩阵法和系统矩阵法。随着计算机的广泛应用，能量法目前已经被传递矩阵法和系统矩阵法所代替。传递矩阵法和系统矩阵法都属于频域算法，它们对周期性激励载荷进行傅里叶变换，分解成多个谐次的激励，然后分别求解。对于大部分工况稳定的船舶，频域算法可以取得满意的稳态结果。 近年来，随着全球变暖，北极航道价值的逐步显现和北极地区油气、矿产资源的开发，给适合在低温多冰条件下航行的冰区运输船舶、冰区海洋工程船舶带来前所未有的发展机遇，成为近期船舶市场热点之一。不少船东要求船舶具备一定冰区航行能力，并获准一定的船级冰级符号。但是在冰区航行条件下，螺旋桨会受到冰块撞击，引起巨大的轴系扭转激励，因此对此类船舶推进系统的可靠性提出了更高的要求，需要获得时域上的瞬态响应。但传统的频域内扭振计算方法不便于处理上述非稳态工况，因此有必要从时域对轴系扭振计算进行研究。 本文首先搜集整理了国内外船舶推进轴系扭转振动的典型文献，并对文献中的计算方法和计算过程进行了简单的论述，在此基础上研究了轴系扭转振动集总参数模型。其次对系统矩阵法的轴系扭转振动计算进行了研究，在自由振动计算时，直接求解无阻尼的微分方程；在进行强迫振动计算时，将对微分方程的求解转化为对一组代数方程的求解，各个谐次激励结果矢量合成后得到总的响应。计算结果与MAN DIESEL& TURBO（以下称MDT）公司软件计算结果一致。最后对轴系冰载荷扭转冲击计算研究时，首先对规范中的冰载荷计算方法进行了研究，给出几种典型的冰载荷形式；然后简单比较了龙格库塔法和逐步积分法的优劣，选择逐步积分法中无条件的Newmark-β算法，编制了计算程序，对规范中要求的三种计算工况进行了计算，获得了轴系部件的瞬态响应。最后使用AMESim仿真软件对轴系冰载荷扭转冲击进行了仿真，其结果与Newmark-β算法结果相似。 |
| 作者： | 杨红军 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 张维竞;王俊雄;陆昌荣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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