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原文传递船舶轴系扭振特性与应力工程预报研究

论文题名：	船舶轴系扭振特性与应力工程预报研究
关键词：	船舶推进轴系;扭振特性;应力计算;扭振实测;载荷作用
摘要：	船舶推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分，包括从主机输出端推力轴承直到螺旋桨之间的传动轴以及轴上的附件。船舶轴系主要功能是，将船舶主机发出的功率传递给螺旋桨，使螺旋桨产生转动，同时又将螺旋桨旋转时产生的推力传给船体，推动船舶航行。在船舶航行过程中，推进轴系受多种复杂载荷的作用，轴系扭转振动是影响舰船动力装置可靠性的重要因素之一。如果轴系长期工作于危险的临界转速区域内，则可能导致轴系动态性能的下降，产生变形及其疲劳失效，甚至发生扭断现象。这些都直接影响船舶航行性能和安全性，所以对轴系扭转振动的研究具有十分重要的意义。　　扭转振动作为机械振动的一种类型，它的计算大概可以追溯到牛顿时代，但作为一个生产实际问题，它的出现要晚的多。船舶推进轴系扭振计算可对轴系的设计、施工和安装过程提供预报、检验和指导作用，是船舶推进轴系设计、制造、安装和检验必不可少的环节之一，为推进装置的可靠、安全运行提供了有力的保障，对进一步深入研究船舶推进轴系的可靠性、动力装置故障诊断、动力装置仿真计算等有指导意义。　　扭振计算的方法很多，但不管采用何种计算方法，其所涉及的公式基本上是相似的。扭振应力计算中存在很多经验公式，尤其是在船厂中，这种应力公式的应用更是非常广泛，然而有些经验公式并不准确，应力计算值与扭振实测值存在一定误差。因此，为了提高经验公式对船舶轴系扭振应力计算的精度，提高应力工程预报精度，必须在船舶扭振实测的基础上，对相关经验公式进行修正研究。　　本文利用一种传统的船舶轴系扭振应力经验公式，分别对浙江正和、江苏江都中海造船厂建造的57000吨型“CSAZALEA”、“SHENGFAHAI”号散货船轴系扭振应力作了计算，结合对两艘散货船的扭振实测，将实测结果与经验公式计算结果比较分析发现，经验公式得到的中间轴、螺旋桨轴及曲轴处扭振应力误差均在8％以上，最大的达到15%以上，此经验公式存在误差较大，将导致该经验公式的扭振应力工程预报精度降低，从而对船厂船舶整个轴系的设计、施工和安装过程均有较大影响。　　针对此经验公式存在较大计算误差，根据不同情况，提出线性修正、二次多项式修正和乘幂修正三种修正方法。通过对江苏韩通造船厂建造的“SUNRAY”号散货船轴系扭振进行实测，将实测得到的中间轴、螺旋桨轴和曲轴处的应力值与修正公式计算值进行比较分析，发现修正后的应力公式增加了计算精度，并且在不同轴系部位采用不同应力修正方式得到的精确度最高，从而得到一个新的扭振应力修正公式，即中间轴部分采用线性修正公式；螺旋桨轴部分采用乘幂修正公式；曲轴部分采用二次多项式修正公式。　　这是因为，中间轴处影响扭振应力经验公式计算精度的因素主要是物性参数以及平衡力矩，采用线性修正后应力误差最小；整个船舶轴系中，螺旋桨轴处扭角最大，可以视为大变形的情况，所以采用乘幂修正后应力误差最小；曲轴处应力二次方项的系数对精度影响较大，所以采用二次多项式修正后应力误差最小。　　利用此应力修正公式进行轴系扭振应力计算，对提高经验公式计算精度，及时、准确地进行船舶轴系扭振应力工程预报具有重要现实意义，对船舶轴系的设计、施工和安装过程具有重要指导意义。
作者：	于招阳
专业：	轮机工程
导师：	徐筱欣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文