發(fā)布時(shí)間：2020-12-15 10:05

　　船舶在海上航行時(shí),由于風(fēng)浪的影響將在平衡位置附近做復(fù)雜的搖蕩運(yùn)動(dòng),而這類搖蕩運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的大位移、低頻率的運(yùn)動(dòng)會(huì)以牽連運(yùn)動(dòng)的形式對(duì)船舶動(dòng)力裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性造成影響,因此研究船體搖蕩運(yùn)動(dòng)下船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)力學(xué)特性具有重要意義。本文以船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部件轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)為研究對(duì)象,考慮了船體垂蕩和縱搖的耦合運(yùn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)子在軸瓦內(nèi)發(fā)生傾斜等因素,通過(guò)第二類拉格朗日方程推導(dǎo)了船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程,采用數(shù)值方法研究了該系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)行為,主要工作和結(jié)果如下:（1）分析了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為。基于短軸承油膜力假設(shè),建立了船體垂蕩和縱搖耦合運(yùn)動(dòng)下船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,在船體垂蕩和縱搖耦合運(yùn)動(dòng)的影響下,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)第一次失穩(wěn)后會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的擬周期分岔與倒分岔現(xiàn)象;在高轉(zhuǎn)速時(shí),船舶運(yùn)動(dòng)會(huì)提高轉(zhuǎn)子的第二次失穩(wěn)轉(zhuǎn)速,系統(tǒng)再次經(jīng)過(guò)擬周期分岔進(jìn)入擬周期運(yùn)動(dòng),直至最終轉(zhuǎn)子碰觸軸瓦內(nèi)壁。（2）探討了船體運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化時(shí)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)特性。當(dāng)垂蕩運(yùn)動(dòng)幅值在較小范圍內(nèi)變化時(shí),牽連運(yùn)動(dòng)對(duì)船用轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性的影響不大;隨著垂蕩幅值的不斷增大,轉(zhuǎn)子的振幅會(huì)隨之急劇增加,系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)從擬... 

【文章來(lái)源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

船舶六自由度搖蕩運(yùn)動(dòng)示意圖

2垂蕩和縱搖耦合作用下船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模62垂蕩和縱搖耦合作用下船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模2.1引言對(duì)船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究的前提是根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的非線性特征，充分考慮影響轉(zhuǎn)子振動(dòng)的各種因素，并結(jié)合實(shí)際船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)特點(diǎn)，建立適當(dāng)?shù)膭?dòng)力學(xué)模型，從而為后續(xù)相關(guān)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性分析奠定理論基矗載體運(yùn)動(dòng)條件下轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的基本思路是把載體的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)考慮成系統(tǒng)的牽連運(yùn)動(dòng)，利用牛頓第二定律或Lagrange方程推導(dǎo)船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。在方程中，牽連運(yùn)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響是通過(guò)給轉(zhuǎn)子施加相應(yīng)的牽連慣性力的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的[51-53]。本章采用第二類Lagrange方程建立了船體垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)作用下轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。考慮了船體垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)條件下，轉(zhuǎn)子受到的切向牽連慣性力、法向牽連慣性力，垂蕩牽連慣性力以及陀螺力矩等；船用柴油機(jī)通常采用油膜軸承支承，而推導(dǎo)油膜力模型是一個(gè)涉及固流耦合的復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題，為了獲取合理且精確的油膜力模型，本章基于短軸承假設(shè)、半Sommerfeld條件等計(jì)算了軸承的非線性油膜力模型以及油膜力矩模型；同時(shí)考慮了不平衡力以及重力等因素對(duì)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的影響。2.2動(dòng)力學(xué)模型2.2.1船體垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)船舶縱向受浪航行時(shí)，船體會(huì)繞其橫軸做周期性往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，即縱搖運(yùn)動(dòng)，以及沿其垂直軸的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即垂蕩運(yùn)動(dòng)，又稱升沉運(yùn)動(dòng)。船舶的垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)往往是同時(shí)發(fā)生的，如圖2.1所示，縱搖運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致垂蕩，垂蕩運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致縱搖，即所謂船體的耦合運(yùn)動(dòng)。只有當(dāng)船體漂心和重心在同一垂直直線上時(shí)，才有可能把二者分開(kāi)。圖2.1船舶垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)示意圖

有相同的角頻率。2.2.2船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)力學(xué)模型考慮到船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)非線性問(wèn)題的復(fù)雜性，需要根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及計(jì)算要求對(duì)原有的復(fù)雜系統(tǒng)構(gòu)造進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)子模型的建模假設(shè)為：保持滑動(dòng)軸承的位置不變，軸段的參數(shù)不變；對(duì)輪盤的相關(guān)參數(shù)、輪盤的個(gè)數(shù)及輪盤在轉(zhuǎn)軸上的位置進(jìn)行合理簡(jiǎn)化。因此將船用柴油機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一個(gè)具有4自由度的單盤轉(zhuǎn)子。為方便動(dòng)力學(xué)模型的建立，設(shè)R0(x0,y0,z0)為慣性參考系，固定在船舶的R(x,y,z)為非慣性參考系，R1(x1,y1,z1)為固連于圓盤上的局部坐標(biāo)系，如圖2.2所示。圖2.2船舶垂蕩和縱搖作用下轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)示意圖本文假設(shè)坐標(biāo)系R(x,y,z)的原點(diǎn)o為船體縱搖運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)中心，并假設(shè)轉(zhuǎn)子的左端點(diǎn)與船體轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合，則系統(tǒng)平動(dòng)動(dòng)能為：12TtaaT=mvv(2.1)式中：va為絕對(duì)平動(dòng)速度，m為轉(zhuǎn)子質(zhì)量。記轉(zhuǎn)換矩陣Rθ為：cos0sin010.sin0cosR(2.2)由絕對(duì)速度公式：0TT()apvvRrRωr(2.3)

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：2918095