基于支承反力测试的轴承载荷辨识

摘要

高性能船舶对推进轴系的振动特性要求越来越高。了解艉轴承所受的载荷,便于轴系健康的监控,对推知轴系运转状态具有重要意义。此外,准确地获知载荷状态有助于了解轴系的动态特性和稳定性,是结构设计和改进的重要参考和依据。本文采用频域方法,推导了试验轴系艉轴承载荷的辨识原理,并通过有限元分析和实验验证了原理的有效性。
　　第一章介绍了研究的背景以及国内外相关研究状况,并简单介绍了研究中涉及的理论和实验方法。
　　第二章详细介绍了研究对象,叙述了研究对象模型及其简化过程。
　　第三章详尽给出了试验轴系艉轴承载荷识别方法的推导过程。首先对艉支承结构中各根预紧梁的横振、纵振分别推导,并根据轴承的运动方程进行综合,然后分别从正问题和逆问题两个方向对结构进行计算,并在理论上验证了它们的互逆性。
　　第四章包括艉支承结构的有限元仿真,和基于仿真数据的辨识原理验证,以及针对试验轴系中艉支承结构的辨识可行性的验证。比较原理模型的有限元分析结果与第3章中辨识原理的理论结果,验证了辨识原理的正确性和有效性。基于艉支承结构建立有限元模型,验证了辨识原理在实际结构中的可行性。最后对频响函数求逆方法在实际测试中的应用作了讨论,并给出了可选的方案。
　　第五章的研究对象为轴系,为艉支承结构研究的延伸。该章节基于第3、4两章的结果推导了轴系上的桨端载荷,并给出了其识别的思路。然后建立起试验轴系的有限元模型,对轴系做了与第4章类似的有限元仿真分析,验证了辨识原理在轴系中仍然适用。最后,针对理论推导和仿真分析得到的关于轴系的特性,对轴系振动特性做了讨论与分析,并给出了一些结构和工艺上的改进方向。
　　第六章是模态实验部分,实验对象为艉支承结构和整体轴系。首先简要说明了实验系统、测点及实验框图,针对艉支承结构和轴系测试的不同实验系统分别作了介绍。接下来分节阐述了两个测试实验的过程,结果验证了辨识原理在实际艉支承结构和轴系结构中可行和有效。另外针对实际测试中各个测点数据的有效和可靠性,给出了可行的辨识测试方案。
　　第七章对全文的工作做了总结,指出了本文研究的创新点,并展望了支承结构载荷识别以及轴系研究尚需进一步做的工作。

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第一章 绪论

1.1研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3 导纳综合法

1.4 论文主要内容

第二章 螺旋桨-轴系模型

2.1概述

2.2试验轴系介绍

2.3简化的模型

2.4研究方法和研究对象

2.5本章小结

第三章 艉支承结构的轴承载荷辨识原理

3.1概述

3.2简化模型和参数说明

3.3有预紧力梁的横向振动

3.4有预紧力梁的纵向振动

3.5艉支承结构的综合

3.6轴承载荷辨识原理

3.7本章小结

第四章 艉支承结构的仿真及辨识原理验证

4.1概述

4.2艉支承结构原理模型的有限元建模

4.3辨识原理推导的有限元数值验证

4.4试验艉支承结构的有限元分析和验证

4.5应用频响函数求逆法的讨论

4.6本章小结

第五章 轴系的解析推导和仿真

5.1概述

5.2轴系模型说明和简化

5.3轴系模型的解析推导

5.4螺旋桨载荷的辨识思路

5.5轴系的有限元仿真和辨识原理验证

5.6本章小结

第六章 艉支承结构及轴系的模态测试实验

6.1概述

6.2实验系统

6.3艉轴承支承结构的测试及轴承载荷辨识原理验证

6.4轴系的测试结果及分析

6.5本章小结

第七章 总结和展望

7.1主要内容及总结

7.2主要创新点

7.3研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文