[发明专利]一种基于动力学的船舶动力轴系扭振疲劳参数拟合方法

说明书

本发明公开了一种基于动力学的船舶动力轴系扭振疲劳参数拟合方法，涉及船舶动力检测领域，该方法包括：建立实验模型和动力轴系扭振疲劳函数；创建力矩曲线；在实验模型上施加不平衡质量块，并通过力矩曲线控制输入端的力矩得到动力轴外表面一点的动态应力响应结果曲线和动力轴使用时间极限值；重复进行多次实验；利用多次实验的激励参数及动力轴使用时间极限值拟合得到待定系数，建立船舶动力轴系寿命模型；在检测船舶动力轴系的寿命的工作过程中，采集相关数据并输入到船舶动力轴系寿命模型中得到动力轴使用时间极限值，通过本申请的船舶动力轴系寿命模型能够确定输入力矩和不平衡特性对船舶轴系的影响，能够很好的模拟出使用时间极限值。

技术领域

本发明涉及船舶动力检测领域，尤其是一种基于动力学的船舶动力轴系扭振疲劳参数拟合方法。

背景技术

船舶动力轴系是一种动力输出部件，通常为旋转机械结构，其结构特点以及使用工况决定了在运行过程中很容易被激发出扭振模态，而船舶动力轴系作为轴系的动力输出系统，发动机输入的力矩是波动的，螺旋桨在运行过程中会因为受力不均匀而产生类似转子不平衡的工况，从而产生一个新的激励，两种激励都会成为船舶动力轴系的扭振激励源，而因激发系统扭振导致的轴系动力学响应会使轴系产生一个负值较大的交变载荷，成为轴系疲劳断裂的重要因素之一。

目前传统的研究方法主要是通过实验，在轴系间安装力矩测试装置，测试出轴系运动过程中的力矩波动曲线，进而计算轴系疲劳寿命，工作量大，同时会破坏轴系固有的刚度，且由于设备的限制，不能很好的系统化研究不同输入波动力矩对轴系扭振疲劳的机理。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于动力学的船舶动力轴系扭振疲劳参数拟合方法，本发明的技术方案如下：

一种基于动力学的船舶动力轴系扭振疲劳参数拟合方法，包括以下步骤：

根据船舶动力轴系建立实验模型并根据所述实验模型建立动力轴系扭振疲劳函数，所述动力轴系扭振疲劳函数反应动力轴使用时间极限值和输入力矩波动率、转子不平衡特性的关系且所述动力轴系扭振疲劳函数中包括待定系数；

创建波动力矩曲线和调速力矩曲线，所述波动力矩曲线包括若干个波动力矩段，力矩在每个所述波动力矩段的时长内按照对应的波动率进行波动，所述调速力矩曲线包括若干个调速力矩段，力矩在每个所述调速力矩段的时长内为对应的恒定值；

在所述实验模型上施加不平衡质量块，并按照两种力矩曲线的曲线形式控制输入端的力矩，得到动力轴外表面一点的动态应力响应结果曲线；

根据所述实验模型的S-N曲线以及所述动力轴外表面一点的动态应力响应结果曲线得到动力轴外表面一点的动力轴使用时间极限值；

重复所述创建波动力矩曲线和调速力矩曲线的步骤，且每次实验的波动力矩曲线、调速力矩曲线和不平衡质量块的放置位置中的至少一个与其他实验中的不同，直到达到预定实验次数；

利用多次实验的激励参数及对应的动力轴使用时间极限值拟合得到所述动力轴系扭振疲劳函数中的待定系数，建立船舶动力轴系寿命模型，所述激励参数包括每次实验使用的波动力矩曲线、调速力矩曲线和不平衡质量块的放置位置；

在检测船舶动力轴系的寿命的工作过程中，采集所述船舶动力轴系的输入力矩波动率和转子不平衡特性并输入到所述船舶动力轴系寿命模型中得到动力轴使用时间极限值。

其进一步的技术方案为，所述动力轴系扭振疲劳函数的表达式为：