專利名稱：基于解析法的船舶推進(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于解析法的船舶推進(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
船舶推進(jìn)軸系是一個(gè)彈性系統(tǒng)，因此在推進(jìn)主機(jī)產(chǎn)生的徑向力以及在不規(guī)則伴流中螺旋槳產(chǎn)生的周期性變化的縱向推力作用下，推進(jìn)軸系將產(chǎn)生縱向振動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)軸向激振力頻率與縱向振動(dòng)固有頻率相同時(shí)，軸系會(huì)發(fā)生縱向共振。此時(shí),推力軸承、傳動(dòng)齒輪及推進(jìn)主機(jī)都將承受附加的軸向交變負(fù)荷和彎曲應(yīng)力，極易引起疲勞破壞。因此，在船舶推進(jìn)軸系設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行縱振計(jì)算。船舶推進(jìn)軸系縱振計(jì)算分為自由和強(qiáng)迫振動(dòng)兩個(gè)方面內(nèi)容，前者計(jì)算軸系的固有頻率和固有振型，后者計(jì)算軸系在激振力作用下的振幅和交變推力。軸系縱向自由振動(dòng)計(jì)算通常采用離散化的集總參數(shù)模型，采用的計(jì)算方法包括解析法、有限元法和傳遞矩陣法等，利用這些方法可以精確地對(duì)推進(jìn)軸系的固有頻率和振型進(jìn)行計(jì)算分析。縱向強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算采用的模型與縱向自由振動(dòng)相同，但是需要考慮系統(tǒng)中激勵(lì)和阻尼的影響。現(xiàn)有的船舶軸系縱振計(jì)算指導(dǎo)性技術(shù)文件(CB*/Z 337-1984)對(duì)系統(tǒng)中的激勵(lì)和阻尼均以功的形式給出，即主機(jī)激勵(lì)功、螺旋槳激勵(lì)功、軸承阻尼功、螺旋槳阻尼功和軸段滯后阻尼功等，沒有明確地給出激振力和阻尼系數(shù)的計(jì)算公式，因此只能采用近似算法，如能量法或放大系數(shù)法，對(duì)強(qiáng)迫振動(dòng)進(jìn)行分析，而不能采用解析法、有限元法和傳遞矩陣法等精度更高的計(jì)算方法。近年來，國內(nèi)相關(guān)學(xué)者給出了主機(jī)和螺旋槳激振力以及軸承和螺旋槳阻尼系數(shù)的計(jì)算公式，比如參考文獻(xiàn)《船舶推進(jìn)軸系振動(dòng)》(陳之炎，上海交通大學(xué)出版社，1987)和《動(dòng)力裝置振動(dòng)數(shù)值計(jì)算》(張志華，哈爾濱工程大學(xué)出版社，2007)。但是，關(guān)于軸段滯后阻尼(內(nèi)阻尼)系數(shù)的計(jì)算和處理方式尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供基于解析法的船舶推進(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算方法。通過推導(dǎo)縱向振動(dòng)軸段的滯后阻尼系數(shù)，使得解析法可應(yīng)用于推進(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算，從而提高了計(jì)算結(jié)果的精度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的?；诮馕龇ǖ拇巴七M(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算方法，包括如下步驟:
步驟一、根據(jù)原始數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)建系統(tǒng)的質(zhì)量及剛度矩陣；
步驟二、計(jì)算系統(tǒng)的激振力和質(zhì)量阻尼系數(shù)，構(gòu)建激振力列向量和質(zhì)量阻尼系數(shù)矩
陣；
步驟三、計(jì)算軸段的滯后阻尼系數(shù)，修正系統(tǒng)剛度矩陣；
步驟四、求解微分方程，計(jì)算推進(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)。
所述的步驟三包括如下步驟:
1、計(jì)算軸段的滯后阻尼功；
2、計(jì)算軸段的滯后阻尼系數(shù)；
3、修正系統(tǒng)剛度矩陣。本發(fā)明提供的基于解析法的船舶推進(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算方法運(yùn)算簡便，易于實(shí)現(xiàn)，解決了采用解析法進(jìn)行推進(jìn)軸系縱振響應(yīng)計(jì)算時(shí)軸段滯后阻尼系數(shù)的處理問題，提高了計(jì)算精度。


圖1為本發(fā)明方法的程序流程圖。圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的推進(jìn)軸系縱向振動(dòng)計(jì)算模型。圖3為軸系中推力軸承處縱向強(qiáng)迫振動(dòng)的位移幅值。圖4為軸系中推力軸承處縱向強(qiáng)迫振動(dòng)的交變推力幅值。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。如圖1、2、3和4所示，本發(fā)明的具體方法步驟如下:
第一步:根據(jù)原始數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)建系統(tǒng)的質(zhì)量及剛度矩陣
本實(shí)施例中，軸系縱振離散化集總參數(shù)模型如圖2所示，包括從螺旋槳到推力軸承之間的軸段。其中，耗為螺旋槳的集中質(zhì)量，iC#9為軸段簡化后的集中質(zhì)量，Al8為軸段的縱向剛度，K,為推力軸承及其基座的合成剛度?？紤]到計(jì)算誤差，推力軸承的基座剛度分6檔進(jìn)行計(jì)算，即&分別取6個(gè)不同的剛度值。
權(quán)利要求
1.基于解析法的船舶推進(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算方法，其特征在于包括以下步驟: Ca)根據(jù)原始數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)建系統(tǒng)的質(zhì)量及剛度矩陣； (b)計(jì)算系統(tǒng)的激振力和質(zhì)量阻尼系數(shù)，構(gòu)建激振力列向量和質(zhì)量阻尼系數(shù)矩陣； (C)計(jì)算軸段的滯后阻尼系數(shù)，修正系統(tǒng)剛度矩陣； (d)求解微分方程，計(jì)算推進(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于解析法的船舶推進(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算方法，其特征在于:所述步驟Ι-c)中，計(jì)算軸段的滯后阻尼系數(shù)，修正系統(tǒng)剛度矩陣包括以下步驟: (a)計(jì)算軸段的滯后阻尼功 軸段縱振時(shí)，單位體積材料在一個(gè)振動(dòng)循環(huán)中的阻尼功為:
全文摘要
本發(fā)明公開了基于解析法的船舶推進(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算方法。根據(jù)原始數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)建系統(tǒng)的質(zhì)量及剛度矩陣；計(jì)算系統(tǒng)的激振力和質(zhì)量阻尼系數(shù)，構(gòu)建激振力列向量和質(zhì)量阻尼系數(shù)矩陣；計(jì)算軸段的滯后阻尼系數(shù)，修正系統(tǒng)剛度矩陣；求解微分方程，計(jì)算推進(jìn)軸系縱向強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)。本發(fā)明方法解決了采用解析法進(jìn)行推進(jìn)軸系縱振響應(yīng)計(jì)算時(shí)軸段滯后阻尼系數(shù)的處理和計(jì)算問題，運(yùn)算簡便、易于實(shí)現(xiàn)，提高了計(jì)算精度。
文檔編號(hào)G06F19/00GK103177171SQ201110433478
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者周瑞, 管文生, 楊義順, 王丹, 彭戈 申請(qǐng)人:中國艦船研究設(shè)計(jì)中心