為考慮螺旋槳自身彈性對槳-軸系統(tǒng)振動特性的影響,建立了一套基于Timoshenko梁理論的解析方法。將螺旋槳、軸系均用Timoshenko梁建模,結(jié)合槳葉與軸系連接處的協(xié)調(diào)條件及其邊界條件,給出系統(tǒng)橫向、縱向自由振動的控制方程;在同有限元結(jié)果對比表明本方法具有良好精度基礎上,分析了槳葉彈性對系統(tǒng)模態(tài)的影響及槳-軸系統(tǒng)的力傳遞特性。研究表明:槳-軸系統(tǒng)的模態(tài)振型中螺旋槳葉片和軸系的彈性變形同時發(fā)生且相互影響,葉片彎曲模態(tài)會加劇軸系振動;作用于槳葉的激勵引起的槳-軸系統(tǒng)軸承處的縱向傳遞力被槳葉彎曲和軸系縱振兩階模態(tài)顯著放大,而橫向傳遞力主要由槳葉及軸系的彎曲模態(tài)控制。

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【部分圖文】：

圖1 船舶螺旋槳-軸系振動模型

船舶螺旋槳-軸系的原理模型如圖1(a)所示。本文將軸系和螺旋槳葉片均簡化成同時考慮橫向和縱向振動的Timoshenko梁模型,槳轂由于剛度比較大,以附加在軸系左端的集中質(zhì)量點模擬,其質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量分別為m,J。為表示方便將代表軸系的梁編號為0,代表槳葉的梁分別編號1和2。軸系被后....

圖2 槳葉及軸系各跨段的坐標系

軸系被艉軸承分割為不連續(xù)的3跨段模型,不易用統(tǒng)一的函數(shù)關系表示整段軸系的振動響應,但是分割點兩側(cè)須滿足力平衡條件和位移連續(xù)條件,因此不同跨段振動響應的關系可由傳遞矩陣法給出[15]。軸系橫向振動時分割點兩側(cè)的剪力與軸承反力平衡,撓度、轉(zhuǎn)角及彎矩相等,第j(j=1,2)段和j+1段....

圖3 螺旋槳-軸系有限元模型

為研究槳葉彈性對系統(tǒng)振動特性的影響,對圖3中的兩葉彈性槳-軸模型進行參數(shù)化分析,通過改變槳葉彈性模量以模擬不同剛度的螺旋槳,比較系統(tǒng)的前五階模態(tài)頻率與振型的變化,結(jié)果如圖4和表3所示。圖4前五階模態(tài)頻率隨槳葉剛度的變化

圖4 前五階模態(tài)頻率隨槳葉剛度的變化

圖3螺旋槳-軸系有限元模型由圖4可知,隨著槳葉剛度的增加,系統(tǒng)前五階的模態(tài)頻率都逐漸增大,但是在不同的剛度范圍內(nèi)各階頻率變化趨勢不同,第1階頻率在槳葉剛度大于1010Pa后基本不再變化,說明此時系統(tǒng)最低階頻率由軸系控制,第2～第4階模態(tài)頻率在1010～1012Pa內(nèi)隨剛度增....

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