[发明专利]一种复杂船舶推进轴系扭转振动特性分析方法

说明书

本发明提供一种复杂船舶推进轴系扭转振动特性分析方法，包括以下步骤：测定复杂船舶推进轴系基本参数；结合边界条件求解复杂船舶推进轴系扭转自由振动的固有频率以及固有频率所对应的复杂船舶推进轴系扭转自由振动的振型；复杂船舶推进轴系运转，在轴上施加扭矩；再计算F^‑1(F(p,s))；结合边界条件，利用复杂船舶推进轴系在附属机构位置处的强迫振动振型和轴承处的强迫振动振型表示轴上位置x＝0处和x＝L处强迫振动角速度；求解复杂船舶推进轴系扭转在附属机构位置处的强迫振动振型和轴承处的强迫振动振型；求解复杂船舶推进轴系扭转强迫振动的振型；结合留数定理求解出复杂船舶推进轴系扭转强迫振动响应。本发明分析船舶推进轴系扭振特性结果可靠度高、计算速度快。

技术领域

本发明属于机械传动系统振动技术领域,涉及一种复杂船舶推进轴系扭转振动特性分析方法。

背景技术

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。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计算的研究具有十分重要的意义。

在对复杂船舶推进轴系扭转特性分析的过程中，应从扭转自由振动和强迫振动两个方面入手，全面了解轴系扭转振动特性。传统的轴系扭转振动计算大多将轴系进行离散化，采用集中质量法来进行轴系建模，此种建模方法受模型离散化程度的影响，在进行轴系扭转振动固有特性分析过程中会产生误差，并且离散程度越高会导致计算速度显著降低。同样，在进行扭转强迫振动计算的过程中，普遍采用模态叠加法、纽马克法等数值解法，依然不能同时满足计算精度高、计算速度快的要求。因此，目前尚缺少一种高精度，快速求解复杂船舶推进轴系扭转振动特性的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度更高、效率更优的复杂船舶推进轴系扭转振动特性分析方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，包括以下步骤：

步骤一：测定复杂船舶推进轴系基本参数；

所述复杂船舶推进轴系基本参数包括：轴的半径和长度；附属机构相对轴的位置和质量；轴承相对轴的位置；

所述附属机构包括：齿轮箱、联轴器、曲柄连杆机构；

步骤二：结合边界条件求解复杂船舶推进轴系扭转自由振动的固有频率；

所涉及固有频率的计算表达式为

式中，s′为轴上附属机构个数，r为轴上轴承个数；J_j表示附属机构惯量的大小且j＝1,2,3,...,s；K_i代表轴承的刚度且i＝1,2,3,...,r；表示第j个附属机构的位置，表示第i个轴承的位置；Y(0)是轴上x＝0处的角位移,Y′(0)是轴上x＝0处的角速度；Y(L)是x＝L处的角位移,Y′(L)是轴上x＝L处的角速度；L为轴的长度；ρ为轴的密度，ω为固有频率，G为剪切模量，I_p为截面的极惯性矩；x为轴上位移；

步骤三：利用步骤二中求解得到的固有频率，求解复杂船舶推进轴系扭转自由振动附属机构所在位置的振型和轴承所在位置的振型

步骤四：利用步骤三中得到的和分别求解固有频率对应的复杂船舶推进轴系扭转自由振动的振型；

所述复杂船舶推进轴系扭转自由振动的振型表达式为