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原文传递轴系结构振动特性建模与功率流分析研究

论文题名：	轴系结构振动特性建模与功率流分析研究
关键词：	船舶轴系;振动特性;功率流传递;基座支撑;耦合模型
摘要：	轴系结构作为动力装置的重要组成部分，对其振动特性的研究是低振动、低噪声设计的基础。除了对轴系本身振动特性的研究，结构中的复杂边界条件对其振动特性的影响不容忽视。轴系振动的能量通过支撑结构向外传递，对其传递路径的研究是振动控制的关键。因此，研究轴系结构振动及能量传递特性具有重要的理论意义和应用价值，本文围绕轴系-耦合结构的建模分析及功率流特性问题，开展了如下研究: 　　围绕轴系横振、扭振和纵振三种振动模式，将结构振动位移采用改进傅里叶级数进行展开，运用振动微分方程法和Rayleigh-Ritz能量法进行求解，对比分析两种方法的优势，采用Rayleigh-Ritz能量法对三种振动构建统一求解形式，通过对挠曲轴系结构面内振动进行分析，体现统一求解模型的优势。结果表明该方法能够在理论推导和计算程序不进行较大改动的前提下，实现对边界条件及曲率半径的影响进行分析。　　对复杂边界条件下轴系振动特性进行建模求解，主要考虑弹性边界条件、轴向载荷、弹性支撑和挠曲变形等复杂因素。将任意截面轮廓与非均匀支撑刚度采用偶延拓级数展开，建立复杂边界条件下轴系横向振动特性统一求解模型。对考虑轴向载荷和弹性支撑的挠曲轴系结构振动建模求解，分析具有弹性地基的挠曲轴系结构振动特性，证明考虑横向支撑的建模分析的可靠性。在此基础上，重点分析各种因素对变形前后轴系横向振动特性综合影响规律。　　利用Rayleigh-Ritz能量法构建的统一求解形式对复杂轴系横向振动进行建模求解，对阶梯轴、多层耦合结构和多跨挠曲轴系的振动特性进行特性建模分析，均考虑了由任意段轴组成的耦合模型，建立了统一求解方法。对阶梯与多层耦合轴振动特性研究充分考虑了变截面轮廓对振动特性的影响，重点分析边界条件与耦合层之间约束弹簧刚度对多层耦合结构振动特性的影响。对于多跨挠曲轴系结构振动特性进行建模分析，着重分析了两段之间连接弹簧刚度和集中质量的影响。　　对轴系实例振动特性研究，提出计入分布支撑刚度的轴系求解模型，分析轴系振动和功率流传递特性。将支撑轴承采用分布支撑进行建模，并与常用的简化模型进行对比，突出本文求解模型的优势。对挠曲轴系的振动特性分析，考虑了轴系在自身重力影响下的变形，采用多跨结构建立挠曲轴系分析模型。最后，综合分析模型参数对轴系结构变形前后的振动及功率流特性的影响，对轴系的振动与功率流特性研究有十分重要的借鉴意义。　　分析轴系-耦合模型振动与能量传递问题，将轴承座与基座进行简化，建立轴系-耦合模型。轴承座长度小于轴系与基座的长度是求解振动问题的难点，为此从三层复杂耦合结构的振动入手，分析中间层结构长度变化时耦合轴的振动及功率流特性。在此基础上，提出轴系-耦合模型的统一求解分析方法，研究轴系结构参数与基座支撑刚度对耦合模型振动和功率流传递特性的影响。研究耦合模型功率流传递特性时，充分考虑集中质量、轴向力和支撑参数的影响。　　最后，针对轴系的振动和功率流传递特性，设计并搭建了相关实验台架，开展了轴系振动及功率流的测量分析，并对实验中产生误差的原因进行了分析。本文工作可为相关轴系结构振动特性分析及基于功率流的振动机理与优化提供理论模型与有益借鉴。
作者：	许得水
专业：	轮机工程
导师：	杜敬涛
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2020