對于艦船推進軸系的螺旋槳激勵,由于其工作環(huán)境和結構條件的限制,很難在實際工況下進行直接測量。通過測量軸系的振動響應對螺旋槳激勵進行估計是一種可行的方法。本文根據激勵反演理論,從推進軸系的一般結構形式出發(fā),提出了適用于由軸系振動響應估計螺旋槳激勵的理論模型。由等截面均勻軸入手,通過軸段的波動解來分析縱向振動;結合邊界條件,推導了波幅系數(shù)遞推關系,進而建立了推進軸系縱向振動的一般波導模型。根據振動響應和建立的波導模型來識別波幅系數(shù),并反演螺旋槳縱向激勵。將模態(tài)法與波導法相結合,對一般的變截面非均質軸段的波導模型和軸段間波導傳遞關系進行了論證。結果表明,模態(tài)法與波導法結合,可作為一般方法,根據實測振動響應對復雜軸系結構的波導模型進行識別。 

【文章來源】：應用力學學報. 2020,37(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

變截面軸(桿)段Fig.2Variablesectionaxis(rod)section

傻汲齦鞲鮒岫蔚?波幅系數(shù)，從而進一步推算出激勵。本文根據軸段的振動響應觀測數(shù)據和波導模型，對其波幅系數(shù)進行估計；而后根據可測量軸段與螺旋槳之間各聯(lián)接軸段的波導模型和這些聯(lián)接軸段之間的波導傳遞關系，估計螺旋槳激勵；從均一軸段波導模型入手，對一般的變截面非均質軸段的波導模型和軸段間波導傳遞關系進行了論證。2推進軸系縱向振動的一般波導模型根據軸系振動響應對螺旋槳激勵進行估計，必須在軸系的振動模型已建立這個前提條件下進行。因此，首先從推進軸系的一般結構形式出發(fā)，將其抽象成如圖1所示的一般多軸(桿)段縱向振動模型。圖1推進軸系縱向振動問題的簡化模型Fig.1Simplifiedmodelofthelongitudinalvibrationproblemofthepropulsionshafting圖1中Fa為螺旋槳縱向激勵；mP為螺旋槳質量；kA為軸系與艇體的聯(lián)結剛度；YA為軸系與艇體聯(lián)接位置在縱向振動的導納。對第i軸段，i1ixxx≤≤，有縱向振動微分方程為220iiiiiuuρxSxESxtxx(1)式中：ρi(x)、Si(x)、E分別為軸的密度、橫截面積、彈性模量；ui(x,t)為x截面的位移。假設圖1中的每個軸段都可以視為均一桿，式(1)的波動解為,expjexpjiiiiiUxcxcx,1(;1,2,,)iixxxiN≤≤(2)式中：Ui為ui的傅里葉變換；ci+()、ci-()為第i軸段的波幅系數(shù)；i為波數(shù)，i2=ρiω2/Ei。在相鄰兩個軸端的聯(lián)接處的位移和內力連續(xù)性條件為111111,1,1,,,,,iiiiiiixiiiixiUxUxESU

2524應用力學學報第37卷圖3(b)ci+虛部(ci+imaginarypart)圖3(c)ci實部(cirealpart)圖3(d)ci虛部(ciimaginarypart)圖3基于不同觀測點數(shù)據的波幅系數(shù)理論值計算Fig.3Calculationoftheoreticalvaluesofamplitudecoefficientsbasedondataofdifferentobservationpoints圖3中的2#~6#波幅系數(shù)曲線是波幅系數(shù)理論值應具有的曲線形式，可以從圖中的ic(x)和ic(x)曲線上選取更多的數(shù)據點代入式(5)，并運用Runge-Kutta法生成ci+(x)和ic(x)函數(shù)曲線族，證明這些曲線形狀的相似性。為了能夠對波幅系數(shù)進行比較準確的估計，在此取以均布的2#~6#觀測點為參考得到的2#~6#波幅系數(shù)曲線的均值(記為ic(x)和ic(x))，將其作為對ci+(x)和ic(x)理論值的最終估計，并示于圖3中。對本算例，可以通過應用上文所得波幅系數(shù)均值ic(x)和ic(x)計算桿的端部激勵，來驗證本文估計方法的可靠性，表達式為2L0222Rd,800π0.025πdj0.025π00d,800π0.015πj0.015πdexpjexpjxxLUxFExEccUxFExcLLcLL(15)表1邊界條件校核Tab.1Boundaryconditionscheck波幅系數(shù)(amplitudecoefficient)FLFR2#0.3069+3.7733j1.68000.2020j3#0.0255+3.6234j2.01010.3502j4#0.2015+4.2215j2.1856+0.2474j5#0.0078+4.3090j1.9751+0.3349j6#0.5497+4.0663j2.5403+0.0895j均值(mean)()icx、()icx0.0924+3.9987j2.0782+0.0239

【參考文獻】：
期刊論文
[1]推進軸系縱向振動主動控制技術綜述[J]. 黃志偉.  艦船科學技術. 2018(21)
[2]螺旋槳激勵條件下結構振動特性研究[J]. 吳武輝,向陽,王冠,萬漢群,張領.  噪聲與振動控制. 2018(S1)
[3]復雜板-腔系統(tǒng)聲振耦合機理分析[J]. 胡東森,白振國.  應用力學學報. 2018(01)
[4]槳-軸-艇縱向耦合振動機理研究[J]. 樓京俊,張陽陽,俞翔.  應用力學學報. 2018(01)
[5]船舶推力軸承彈性支承的軸系縱振減振性能研究[J]. 何江洋,何琳,徐偉,李正民.  船舶力學. 2017(05)
[6]船舶軸系縱向振動數(shù)學模型的研究[J]. 張策,董良雄.  機械制造. 2017(01)
[7]艦船推進軸系的螺旋槳激勵力傳遞特性[J]. 俞強,王磊,劉偉.  中國艦船研究. 2015(06)
[8]動載荷反演分析技術研究綜述[J]. 毛玉明,林劍鋒,劉靖華,狄文斌.  動力學與控制學報. 2014(02)

博士論文
[1]變截面桿與轉軸中彈性波的運動方程及其傳播特性[D]. 魏義敏.浙江大學 2014
[2]波導結構的特征頻率法及其超聲導波聲彈性效應研究[D]. 劉飛.北京工業(yè)大學 2013

碩士論文
[1]基于復合建模方法的船舶軸系振動計算及減振措施研究[D]. 閆菲.上海交通大學 2015



本文編號：3405922