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多因素影响的船舶推进系统动态特性仿真与实验研究
| 论文题名： | 多因素影响的船舶推进系统动态特性仿真与实验研究 |
| 关键词： | 船舶推进系统;扭转振动;轴心轨迹;动力学模型 |
| 摘要： | 如今，船舶作为远程运输的重要交通工具，其可靠性、安全性和高效性日益受到重视。但由于船舶工作环境十分复杂，外界影响因素较多，使得船舶推进系统动态特性发生变化，进而无法可靠运行，因此研究多种因素影响下的船舶推进系统动态特性的变化情况具有重要意义。采用以船舶推进系统动力学模型为基础的多软件联合仿真的方法，借助船舶轴系动态加载实验台进行验证实验，研究了推进系统动态特性仿真方法，重点分析船体变形/外部激励/油膜约束对推进系统扭转振动和轴心轨迹的影响。主要研究工作和结论如下： （1）应用多体动力学软件ADAMS结合Ansys建立船舶推进系统多体动力学模型，研究船体变形对扭转振动的影响，并进一步研究不同海况因素对船舶推进系统扭转振动的影响，结果表明：船体变形对船舶推进系统扭转振动影响明显，且后部轴承（中间轴承及艉轴承）对位移更加敏感；而不同海况因素对船舶推进系统扭转振动产生不同的影响；当航速/浪高增大时，其扭振幅值明显增大，而扭振在浪向角为90°时达到最大，浪向角为180°或0°时振幅较小； （2）应用多体动力学软件ADAMS结合Ansys针对外部激励（主机激励和螺旋桨激励）对推进系统扭转振动的影响进行研究，结果表明：所有外部激励都会导致扭转振动的增大，其中：螺旋桨阻力扭矩对扭振影响最大，而轴向推力在低频区域对扭振影响比较明显，气缸燃烧压力激励对扭振的影响随其与推进轴系距离的增加而降低； （3）应用多体动力学软件ADAMS与Matlab联合仿真的方法根据雷诺方程模拟油膜约束在船舶推进系统中的作用，研究考虑油膜约束后轴承处轴心轨迹的变化，分析油膜的存在对仿真计算的影响，结果表明：油膜的存在可以有效避免轴与轴承之间的碰撞，轴心轨迹也更加平滑，避免不正常阶跃，使得仿真过程更加符合实际情况； （4）通过船舶轴系动态加载实验台进行实验，利用中间轴承进行横向/垂向位移加载模拟船体变形，利用艉轴承进行横向/垂向位移加载和轴向推力加载模拟螺旋桨处的外部激励，进而研究不同激励下扭转振动及轴心轨迹的变化情况，结果表明：船体变形和外部激励对船舶扭转振动影响都较为明显，但不同方向、不同位置的激励所影响的频率不同，因此当多向激励同时加载时，激起的峰值较多； （5）以船舶轴系动态加载实验台为模板建立多体动力学模型，对比相同工况下的仿真值与实验值，结果表明：扭转振动仿真曲线与实验曲线基本一致，峰值位置略有偏差，但仍在可接受范围内；而仿真所得的轴心轨迹与实验的轴心轨迹区域基本一致。此实验验证了仿真方法的有效性与正确性。 |
| 作者： | 谈微中 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 严新平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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