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冰区航行船舶推进轴系扭转振动分析与研究
| 论文题名： | 冰区航行船舶推进轴系扭转振动分析与研究 |
| 关键词： | 冰区航行船舶;推进轴系;扭转振动;冰载荷激励 |
| 摘要： | 近年来，开发冰区航行船舶已成为当今研究的热门课题。为陆地资源的日趋减少而开发极地海域资源，为节省运输成本而开通“北极航线”，对打破技术垄断建造满足国际船级社要求的冰区船舶等具有重要意义。然而，由于其推进轴系扭转振动的发生具有必然性、隐蔽性、突发性与高危害性等特点，使得轴系扭转振动成为亟待解决的技术难题之一。基于冰载荷激励的特殊性，国际船级社提出更高的要求，即冰区航行船舶推进轴系必须进行时域扭转振动特性分析。 基于此，以某冰区航行船舶推进轴系为研究对象，依据国际船级社对冰区船舶的相关规定，围绕冰载荷激励下螺旋桨强度计算分析、推进轴系频域扭转振动计算以及时域扭转振动计算三大内容展开深入研究，主要的工作与结论如下： （1）基于一般船舶推进轴系扭转振动理论，总结了冰区船舶推进轴系扭转振动的机理与关键技术。阐述扭转振动产生的原因，解读影响频域与时域扭转振动计算精度的主要因素，包括轴系各元件的转动惯量、刚度、阻尼、激励力矩、转速、推进轴系的模型简化方法、防止柴油机超负荷措施、以及扭转振动方程组的求解方法等，为提高冰区船舶轴系扭转振动计算精度提供一定的理论支持。 （2）依据船级社关于冰载荷激励下螺旋桨计算工况的相关规定，基于有限元分析方法的一般流程，分别完成桨叶的空间建模，有限元前处理、有限元计算、以及后处理等工作。根据计算结果，得出工况5（倒车工况）为最危险操作工况的结论，为冰区船舶安全航行提供良好的建议。 （3）基于冰区船舶推进轴系频域扭转振动计算方法，分别对柴油机与冰载荷激励进行谐次分析，求解柴油机激励以及三种不同冰载荷激励下的扭转振动响应。分别对柴油机激励各谐次响应与冰载荷激励各谐次响应矢量求和，得到各自的响应结果。假定柴油机激励下的振动响应与冰载荷激励下的振动响应的求和方法，叠加出冰区船舶推进轴系总的扭转振动响应，并得出冰载荷工况1为最危险工况的结论。 （4）基于Newmark时域算法求解四种激励工况下的振动响应，首先，对比分析柴油机激励下的频域结果与Newmark时域结果的吻合性，验证该Newmark算法的正确性；其次，通过计算3种冰载荷激励下的振动响应，得出冰载荷工况2为最危险工况的结论；第三，对比分析了冰载荷激励下的频域结果与Newmark时域结果的吻合性，解释了产生差异的原因；最后，分析了柴油机与冰载荷激励的初始相位角对时域扭转振动响应的影响，并得出不同计算工况所对应的危险初始相位角不相等的结论。 |
| 作者： | 李健 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 周瑞平 |
| 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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