基于流固耦合的弹性阻尼簧片减振器动态响应分析

摘要

扭转振动是柴油机轴系运行时出现的一种振动形式，严重的扭转振动可能影响柴油机正常工作，甚至导致柴油机轴系的疲劳破坏。弹性阻尼簧片减振器在减小船舶推进轴系扭转振动方面起着十分重要的作用，安装减振器后，不仅可以改变曲轴系统的固有频率，还可以利用润滑油产生的流体阻尼降低共振振幅，有效地保护柴油机曲轴、中间轴和螺旋桨轴，起到减振的作用。因此，开展基于流固耦合的弹性阻尼簧片减振器动态响应分析，对提高减振器运行可靠性，具有重要的理论意义和工程实用价值。
　　本文基于多体系统动力学和流体动力学理论，结合有限元数值仿真技术，对弹性阻尼簧片减振器进行扭振特性计算及流固耦合仿真分析。论文的主要研究工作如下：
　　①以船舶推进轴系扭振系统为研究对象，建立曲轴系统的扭振动力学模型，采用系统矩阵法计算了轴系的扭振响应，并探讨了减振器结构参数对柴油机轴系扭振特性的影响。匹配弹性阻尼簧片减振器后，柴油机正常点火时，在常用转速范围内可实现安全运行；当柴油机处于单缸熄火工况时，在20～100r/min转速范围内，可实现安全无禁区运行。
　　②借助ANSYS Workbench软件，结合轴系扭振计算所得扭振角速度，建立弹性阻尼簧片减振器动力学分析模型，通过动力接触有限元仿真分析，得出额定工况下簧片减振器的动态应力云图以及动态接触力曲线，分析了簧片减振器外部构件扭振特性的变化规律。
　　③基于流体动力学理论，建立了包含供油单元在内的簧片减振器内流道流场有限元模型，结合FLUENT动网格技术，对扭振状态下的簧片减振器内流道流场进行动态仿真，得出额定工况下簧片减振器不同转角时内流道流场的压力和速度分布规律以及出油口的流量变化曲线。
　　④建立了包含减振器各构件及内流道流体的有限元模型，通过流固耦合仿真分析，得出流体作用下减振器外部构件扭振特性的变化曲线，研究了输入转速、转动惯量及流道宽度对减振器扭振特性的影响规律。结果表明：随着输入转速的增加，扭振角加速度幅值逐渐增大；随着转动惯量的增加，扭振响应逐渐减小；随流道宽度的增加，扭振响应逐渐增大，减振效果也逐渐变差。

目录

1 绪 论

1.1 课题的研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 柴油机曲轴系统扭转振动分析

2.1 引言

2.2 安装簧片减振器的曲轴系统简化

2.3 船舶推进轴系强迫扭振的计算

2.4 曲轴系统扭振特性影响因素分析

2.5 本章小结

3 弹性阻尼簧片减振器动态响应仿真分析

3.1 引言

3.2 瞬态动力学分析基本理论

3.3 簧片减振器基本结构与工作原理

3.4 簧片减振器动力学仿真分析

3.5 簧片减振器扭振响应分析

3.6 本章小结

4 弹性阻尼簧片减振器内流道流场动态仿真分析

4.1 引言

4.2 流体动力学数学模型

4.3 簧片减振器内油腔流场仿真

4.4 流场仿真结果分析

4.5 本章小结

5 弹性阻尼簧片减振器流固耦合及影响因素分析

5.1 引言

5.2 流固耦合控制方程及分析流程

5.3 簧片减振器流固耦合仿真分析

5.4 流固耦合影响因素分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目

C. 作者在攻读学位期间获得的奖励