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船舶推进轴系的非参数建模及其动力学特性研究
| 论文题名： | 船舶推进轴系的非参数建模及其动力学特性研究 |
| 关键词： | 船舶推进轴系;随机不确定性;非参数建模;动力学特性;振动信号 |
| 摘要： | 船舶航行过程中，推进轴系会受到诸多动态因素的影响，如船体变形、螺旋桨水动力、轴承油膜等。由于这些动态因素的影响，导致船舶推进轴系的实际工作状态与原始设计状态和建造状态不一致，出现了工作不确定性问题。目前在船舶领域特别是对于船舶航行中推进轴系所具有的不确定性分析还没有明确的方法。因此研究适合船舶推进轴系不确定性的分析方法对于提高其工作可靠性、进而提高船舶航行性能都具有十分重要的学术意义和工程应用价值。 论文引入非参数建模法，建立了计入数据不确定性和模型不确定性的船舶推进轴系动力学模型，并对其输出的不确定性进行研究，揭示了不确定性对船舶推进轴系动力学特性的影响规律，主要研究内容和结果如下： （1）基于随机矩阵理论，建立了船舶推进轴系的非参数动力学模型，计算了包含不确定性的随机矩阵样本与均值矩阵的偏差，探讨了不确定性对船舶推进轴系固有频率的影响规律，结果表明：随机质量、刚度、阻尼矩阵与均值矩阵的偏差呈现正态分布的规律，不确定性使船舶推进轴系的前四阶固有频率发生相似程度的波动；随着不确定性增强，随机矩阵与均值矩阵偏差的方差逐渐增大，固有频率的分布也更加发散。 （2）基于非参数动力学模型，建立了不确定性作用下船舶推进轴系的运动微分方程，运用龙格库塔法求解了系统动力学响应，从时域波形、频谱、轴心轨迹图、振动有效值等对输出响应进行了分析，结果表明：在不确定性作用下，船舶推进轴系的工作性能的稳定性变差，时域波形产生不等幅现象，频谱上出现二分之一倍频的频率成分，轴系的运行轨迹偏离原始的椭圆轨道，并且振动能量在水平方向和垂直方向发生了转移。 （3）在搭建的船舶轴系试验台上进行了轴系振动模拟实验，采集了实验过程中轴系的振动信号，分析了不确定性作用下轴系振动信号的变化，结果表明：在不确定性作用下，船舶推进轴系的运行轨迹和振动状态均发生了改变，时域波形产生不等幅现象、额外的低频频率成分被激发出来、轴心轨迹偏离了原始轨道，振动能量在水平方向和垂直方向发生了转移。并且随着不确定性的增强，这些现象逐渐加剧。 |
| 作者： | 何晓良 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 李国宾;池华方 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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