双机并桨复杂分支轴系扭转振动计算

摘要

在现代船舶业和内燃机行业的发展中,出现了越来越多的复杂分支轴系.双机并桨、且一台主机输出端还带有轴带发电机的复杂分支船舶推进轴系可以说是一种较为复杂的轴系.因此如何很好的建立该复杂分支轴系的数学模型,如何选用高精度、高效率的数值计算方法,如何编制使用方便的可视化程序进行扭转振动的计算便成为该文的主要研究目的.该论文讨论了目前国内外在复杂分支轴系扭转振动计算中所应用的诸多方法,并对这些方法的使用过程作了简单的论述,比较了各自的优缺点.在此基础上,提出应用集中质量法建立双机并桨复杂分支轴系的简化模型,应用改进的动态矩阵法建立该复杂分支轴系的系统运动方程.通过较多实例证明,该方法能更加简单、方便地建立船舶复杂分支推进轴系的扭转振动计算方程组.进行复杂分支船舶推进轴系的扭振计算时,运用雅可比过关法求解系统自由振动的所有固有频率值和各结振型.在论述了自由振动计算的理论基础上,还列举了实际算例的扭振计算,证明此方法在解决复杂分支轴系自由扭振计算方面是一种有效、方便的方法.在进行复杂分支轴系的强迫扭转振动计算之前,论文中先论述了对示功图进行简谐分析获得简谐系数的方法,并通过了实例的计算.强迫振动的计算方法为振型叠加法,通过正规化振型的正交特性将系统的转动惯量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵模态化,变成对角矩阵,然后可方便求解.论文在理论分析的基础上开发了基于Visual C++环境下的应用程序,用户输入计算所需的数据后程序就可按照要求进行各种状态的计算,并输出相应的图形供用户编辑使用.该程序还进行了较多实际算例的校核计算,计算结果稳定可靠.最后论文以双机并桨复杂分支轴系正常工作状态为例,计算了整个轴系的扭转振动特性,其中包括前十结自由振动的固有频率与振型,强迫振动时系统的第一质量振幅和轴系中各轴段的扭振应力值或扭矩值,计算结果精度较好.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1复杂分支轴系的扭转振动问题

1.2研究目标

1.3论文布局

第二章多分支轴系扭转振动计算方法的综述

2.1复杂分支轴系扭转振动计算的模型建立

2.2复杂分支轴系扭转振动计算方法综述

2.2.1霍尔茨表法

2.2.2传递矩阵法

2.2.3动态子结构法

2.2.4解析矩阵法

2.2.5各种计算方法的比较

2.3内燃机轴系扭转振动计算程序的开发现状

2.4本章小结

第三章多分支系统的自由扭转振动计算

3.1形成多分支系统的总刚度矩阵

3.2建立多分支系统的自由扭转振动方程

3.3多质量系统自由扭转振动的数值解法——雅可比过关法

3.4实际应用举例

3.4.1典型分支系统的扭振计算

3.4.2某双机并桨复杂分支船舶推进轴系的扭振计算

3.5本章小结

第四章多分支系统的强迫扭转振动计算

4.1强迫振动激励的确定

4.1.1激励的来源

4.1.2气缸内气体压力变化产生激励的简谐分析

4.1.3往复惯性力产生的干扰力矩的简谐分析

4.2多分支系统强迫振动的计算方法

4.3单缸失火时的强迫振动的计算方法

4.4本章小结

第五章扭转振动计算程序开发与使用

5.1程序的功能

5.2程序的菜单及流程图

5.3程序的操作步骤

5.3.1手动建立初始数据

5.3.2应用举例

5.3.3通过程序向导建立初始数据文件

5.3.4系统自由振动计算

5.3.5系统强迫振动计算

5.4图形输出

5.4.1集中质量图

5.4.2自由振型图

5.4.3轴段的应力或扭矩图

5.4.4第一质量振幅图

5.4.5双机匹配的三维视图

5.5示功图分析程序

5.6本章小结

第六章论文的总结与展望

6.1论文总结

6.2展望

附录I某双机并桨滚装船轴系扭振计算书

附录I.1船舶推进轴系的集中质量模型

附录I.2自由振动计算结果

附录I.2.1自由振动的振型图

附录I.2.2自由振动的计算报告

附录I.3强迫振动计算结果

附录I.3.1强迫振动计算的第一质量振幅图

附录I.3.2强迫振动计算的第一质量振幅值

附录I.3.3强迫振动计算报告——各轴段应力或扭矩图

附录I.4一缸熄火的强迫振动计算

附录I.4.1一缸熄火的强迫振动计算的第一质量振幅图

附录I.4.2一缸熄火的强迫振动计算的第一质量振幅值

附录I.4.3一缸熄火的强迫振动计算报告——各轴段应力或扭矩图

参考文献

致谢

作者在读硕士期间所发表的论文