發(fā)布時(shí)間：2021-06-15 09:38

　　船舶軸系將來自柴油主機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩傳送到螺旋槳,使艦船產(chǎn)生前進(jìn)的動力。由于軸系受到來自螺旋槳等設(shè)備的激振力,在工作過程中會產(chǎn)生徑向振動和軸向振動,影響軸系的穩(wěn)定性。為了提高船舶軸系的振動分析效率與精度,本文結(jié)合AutoCAD和CATIA軟件的參數(shù)化建模功能,將軸系模型導(dǎo)入振動仿真軟件Ansys平臺中,結(jié)合軸系的運(yùn)動特性方程進(jìn)行振動響應(yīng)分析。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(22)北大核心

【文章頁數(shù)】：3 頁

【部分圖文】：

船舶軸系的示意圖Fig.1Schematicdiagramofshipshafting

??２僮饕膊環(huán)?便，因此，借助其他二維、三維建模軟件進(jìn)行模型的構(gòu)建，然后將模型導(dǎo)入Ansys中進(jìn)行單元劃分，最終完成振動特性有限元分析。CATIA軟件是法國達(dá)索公司研發(fā)的一款CAD/CAE一體化軟件，被大量應(yīng)用于航空航天、船舶制造、汽車等領(lǐng)域。AutoCAD是一款常用的二維、三維繪圖軟件，也是工程領(lǐng)域必不可少的使用工具。本文結(jié)合AutoCAD和CATIA軟件構(gòu)建船舶的軸系三維仿真模型，并在CATIA的裝配模式下建立了螺旋槳、中間軸、軸承等模型。圖2為基于CATIA軟件的船舶軸系建模。圖2基于CATIA軟件的船舶軸系建模Fig.2ModelingofshipshaftingbasedonCATIAsoftware2.2基于Ansys的船舶軸系振動特性仿真在進(jìn)行船舶軸系的振動特性仿真時(shí)，需要對以下參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)定：1）軸系自振固有頻率采用單質(zhì)量近似算法計(jì)算軸系的自振固有頻率，如下式：f=Fr√KMp+m/32πHz,式中：Fr為軸系的柔性系數(shù)，Mp為激振力矩，K為縱向剛度。2）推力軸承的剛度[3]軸系元件的剛度用KT表示，單位為N/m，計(jì)算公式為：KT=Fpσ,式中：Fp為作用于推力軸承的軸向作用力，σ為推力軸承的形變量。由于軸系中推力軸承直接與船體相連，因此船體的局部形變也會影響軸承的剛度，本文為了簡化軸系的振動特性分析，將這部分形變導(dǎo)致的剛度變化直接忽略。3）主軸局部扭轉(zhuǎn)剛度KJ=Tpθ,式中：Tp為主軸受到的扭轉(zhuǎn)力矩，θ為主軸局部由于扭·92·艦船科學(xué)技術(shù)第42卷

m材料泊松比0.36材料彈性模量2.06e11額定轉(zhuǎn)速200r/min功率18200kW尾軸剛度2.0E9中間軸剛度2.1E9螺旋槳質(zhì)量13000kg軸承剛度2.56E93）邊界條件和載荷施加在軸系振動仿真中，將軸系模型的軸承和艉軸限制六自由度，扭轉(zhuǎn)力矩載荷施加在軸系的中間軸上，在載荷施加的過程選取安全系數(shù)為1.5，螺旋槳傳遞的功率為19000kW。4）求解并輸出振動特性曲線本文設(shè)定2種扭轉(zhuǎn)載荷，A載荷為30kN·m，B載荷為15kN·m，采集振動幅值曲線如圖3所示。圖3船舶軸系振動幅值響應(yīng)曲線Fig.3Vibrationamplituderesponsecurveofshipshafting3結(jié)語船舶軸系是動力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，近年來，由于船舶噸位和動力系統(tǒng)功率的不斷提高，船舶主軸需要傳遞的轉(zhuǎn)矩越來越大。由于船舶主軸在工作過程中受到來自螺旋槳、船體等結(jié)構(gòu)的激振力，會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，影響主軸的使用質(zhì)量，因此，針對軸系的振動特性分析有重要作用。本文的研究將Ansys振動特性分析平臺與Auto-CAD和CATIA軟件結(jié)合，利用軟件的三維建模能力提高船舶軸系的振動分析效率，取得了良好的效果。參考文獻(xiàn)：程明明,崔俊杰.基于Ansys的電動車車架動態(tài)特性分析與研究[J].重型汽車,2014(6):15–16.[1]潘公宇,曹丹青,陳玉瑤.排氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與振動特性分析[J].機(jī)械制造與自動化,2018(1):118–121.[2]孫煒海,李明,鞠桂玲,等.基于Ansys的變速箱配流試驗(yàn)臺軸系的振動特性研究[J].新技術(shù)新工藝,2019(12):47–50.[3]于秀坤,朱虹,金基鐸,王維.基于Ansys二次開發(fā)的輸液曲管振動特性分析[J].沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2005(5):21–23.[4]第42卷張

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于ANSYS的變速箱配流試驗(yàn)臺軸系的振動特性研究[J]. 孫煒海,李明,鞠桂玲,黃小天.  新技術(shù)新工藝. 2019(12)
[2]排氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與振動特性分析[J]. 潘公宇,曹丹青,陳玉瑤.  機(jī)械制造與自動化. 2018(01)
[3]基于ANSYS的電動車車架動態(tài)特性分析與研究[J]. 程明明,崔俊杰.  重型汽車. 2014(06)
[4]基于ANSYS二次開發(fā)的輸液曲管振動特性分析[J]. 于秀坤,朱虹,金基鐸,王維.  沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào). 2005(05)



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