船体变形对轴系固有频率及振动响应的影响研究

摘要

当今关于船体推进轴系固有频率和振动响应的计算和分析一般将船体直接当做刚性体来处理的，即将轴支承的另外一端直接固定处理。然而由于船体虽然具有一定的刚度，但在实际运营中会因为内部货物的装载和外部波浪等载荷的作用而发生船体变形。特别是近几年来随着高强度钢在船舶建造中的广泛应用，船体的刚度有所下降、柔度有所上升，这就使得船体的刚度与推进轴系刚度的差别越来越小。这也导致根据传统不考虑船体变形对轴系固有频率和振动响应影响的计算方法所得到的结果会与实际值差距过大。所以，随着对研究精度要求的越来越高及船体刚度的相对下降，在处理船舶轴系固有频率和振动响应问题时，必须考虑船体变形的影响。
　　为了得到船舶轴系在考虑船体变形和不考虑船体变形时其固有频率和振动响应的区别，本文以某8530TEU大型集装箱船舶的推进轴系为研究重点，建立了轴系—船体混合模型，并通过分别计算此模型在不考虑和考虑船体变形的轴系固有频率和振动响应的区别，来说明在处理此类问题时考虑船体变形的必要性。
　　本文主要研究工作如下：
　　（1）利用大型有限元处理软件ANSYS建立了目标船舶的全船有限元模型，并通过分析得到了不同工况下的波浪载荷，在将上述波浪载荷用APDL语言加载后，计算出了轴支承与船体接触位置处的变形值。
　　（2）介绍了轴系振动的分类、危害及相关预防或改善措施，及用于不同振动类型固有频率和振动响应计算的模型和方法。
　　（3）计算得到了螺旋桨在78rpm、进速系数为0.4时产生的螺旋桨轴承力。
　　（4）计算了船体—轴系模型在不考虑和考虑船体变形影响时固有频率的变化，并将计算得到的螺旋桨轴承力作为船体—轴系混合模型的激励力，计算得到了轴系尾端螺旋桨处的节点在计入船体变形和不计船体变形两种不同情况下的振动响应值。
　　（5）根据所得的轴系在考虑船体变形和不考虑船体变形两种不同情况下的固有频率和振动响应值，分别分析了船体变形对轴系固有频率及振动响应的影响规律。

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第1章 绪论

1.1选题的背景、目的和意义

1.2推进轴系振动的分类

1.3本课题的研究现状

1.4本论文的主要工作

第2章 轴系振动固有频率的计算

2.1轴系扭转振动固有频率的计算方法

2.2纵向振动固有频率的计算方法

2.3回旋振动固有频率的计算方法

2.4 ANSYS在轴系固有频率计算中的应用

2.5本章小结

第3章 轴系振动响应的计算方法

3.1扭转振动振动响应计算方法

3.2纵向振动响应计算方法

3.3 应用ANSYS进行轴系振动响应的计算

3.4 本章小结

第4章 船体变形对轴系固有频率的影响

4.1计算模型

4.2计算工况的选取

4.3有预应力的轴系固有频率计算

4.4集装箱船舶轴系固有频率的计算分析

4.5油船轴系固有频率的计算分析

4.6本章小结

第5章 船体变形对轴系振动响应的影响

5.1激励力的计算

5.2计算模型与激励力的加载

5.3船体变形对轴系振动响应的影响

5.4本章小结

第6章 总结和展望

6.1总结

6.2论文研究工作的不足和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参研项目情况