螺旋桨非定常激励力传递特性研究

螺旋桨非定常激励是引起轴系和潜艇振动的重要因素。首先建立轴系-艇体耦合结构模型,通过有限元仿真对比螺旋桨横向和纵向激励的传递特性以及螺旋桨非定常激励力引起的潜艇声振特性,并重点研究轴系对螺旋桨纵向非定常激励的传递作用,最后通过试验对仿真分析结论进行验证。结果表明,轴系对螺旋桨纵向激励的传递效率明显高于横向激励,且纵向非定常激励引起的潜艇振动和声辐射也显著高于横向非定常激励;轴系对螺旋桨纵向非定常激励具有显著的放大作用,对潜艇水下声辐射影响较大。     

基于主动艉支承的推进轴系横向振动抑制仿真与实验研究

提出一种基于主动艉支承的推进轴系横向振动传递控制方法,以抑制水下航行器的低频声辐射。该方法将传统的艉轴承支承方式由面支承改为点支承,通过六个主动作动器抑制螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递。建立包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体耦合系统动力学模型,分析系统振动传递特性及控制策略可行性;结合自适应控制算法,计算螺旋桨横向激励下的振动传递抑制效果。构建包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体实验系统,进一步验证控制方法的有效性。仿真与实验结果均表明主动艉支承对于螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递具有明显抑制效果,可有效降低壳体表面法向振动。     

螺旋桨激励条件下结构振动特性研究

为研究复合材料螺旋桨以及铜质材料螺旋桨在锤击激励以及非稳态激励条件下的结构模态固有特性和水下振动噪声特性,在设计的试验环境下,对处于水介质以及空气介质中的复合材料螺旋桨以及铜质材料螺旋桨5桨叶进行模态激励试验,得到两型螺旋桨各桨叶的固有频率、模态振型以及阻尼比,并分析两型桨5桨叶之间的差异;针对桨-轴系统在临界转速工况下出现空化而导致的异常振动噪声现象,选取螺旋桨发生空化前的辐射水声频谱,对两者进行了对比研究;另外,试验还模拟桨-轴系统在高速运转下的停车运行工况,对停车运行过程的振动噪声时频特性进行分析。试验研究结果表明:前3阶模态中,复合材料螺旋桨各桨叶之间的差异比铜质材料螺旋桨之间的差异要大,但两型桨叶的振型基本一致;螺旋桨发生空化时,产生的叶频及其倍频幅值放大了约2~10倍;停车运行过程中,变流速,变转速产生的变激励力是引起振动噪声时频变幅特性的主因。该研究成果对新材料、新工艺在船舶推进器声学设计有较好的指导作用,对螺旋桨在非稳态激励下的噪声源声学特性有全面认识。     

基于原点速度反馈的推进轴系横向振动传递控制研究

螺旋桨脉动力诱导的轴系-壳体耦合振动是水下航行器低频振动声辐射的重要原因之一。针对推进轴系横向振动传递控制,提出一种基于原点速度反馈的主动艉支承控制方法。建立包含六自由度主动艉支承的螺旋桨-轴系-壳体耦合振动模型,考虑原点速度反馈策略,计算主动支承对推进轴系横向振动传递的控制效果。分析结果表明,将六自由度主动艉支承用于横向振动传递抑制,能够在0～200 Hz内有效降低系统固有振动幅值,而且与推力轴承处主动控制相结合,在重点模态频率处可取得更优的控制效果。     

均匀湍流诱发的侧斜螺旋桨的随机振动特性研究

根据湍流统计理论和随机振动理论,研究了一个弹性侧斜桨-轴系统的振动响应。首先将螺旋桨沿半径方向划分为许多条带,通过相关分析法计算了均匀湍流作用在螺旋桨面上的非定常力谱,得到压力谱的空间分布;然后把条带压力谱映射到每个条带的点上,根据随机振动理论求解系统的弹性振动响应,并与刚性桨的计算结果进行对比;最后通过改变系统动力学参数,分析弹性、阻尼等因素对螺旋桨随机振动响应的影响。结果表明,轴系材料越软,桨叶材料越刚硬,湍流引起的随机振动响应越小;增加系统的阻尼可以明显降低系统固有频率附近的响应。为进一步研究螺旋桨的减振降噪打下基础。     

船舶推进轴系纵振动力吸振器设计及参数影响规律研究

摘要：本文提出一种并联安装在船舶轴系上的纵振动力吸振器的设计方法,其中船舶轴系与动力吸振器构成主从系统,实现振动能量在主系统上发生转移,实现抑制主系统共振的目的。首先对船舶轴系的纵向振动进行固有频率和模态分析,其次采用模态截取和模态综合法建立了考虑船舶轴系作为弹性连续体情况下的轴系-动力吸振器混合动力学系统模型,最后给出从螺旋桨激励力传递到推力轴承基座端的动力放大系数解析式,并对动力吸振器的设计参数影响规律进行研究,为减小船舶轴系纵向振动的动力吸振器设计提供了理论依据。     

一种高阻尼螺旋桨在宽带激励力下的振动特性研究

提出一种新型高阻尼螺旋桨结构形式,通过将螺旋桨桨叶简化为弯曲梁,对常规桨叶和新型桨叶的随机振动特性进行对比分析。首先利用基于均匀湍流统计模型的相关分析方法,求取了作用在桨叶表面上的压力谱空间分布;然后运用基于模态叠加法的随机振动理论,讨论了系统参数对桨叶叶尖速度响应功率谱和脉动推力功率谱的影响规律。研究表明新型螺旋桨结构形式具有降低叶片固有频率处峰值响应的效果。     

弹性螺旋桨纵向激励力特性研究

螺旋桨纵向激励力是引起舰船艉部振动噪声的重要原因之一,对其研究有利于舰船艉部的振动噪声控制。通过面元法耦合有限元法建立螺旋桨双向流固耦合动力学模型,计算P438X系列螺旋桨在不均匀流场下的纵向激励力,研究桨叶弹性、侧斜角等因素对纵向激励力的影响。结果表明：当激励频率小于螺旋桨一阶固有频率一半时,桨叶弹性效应对纵向激励力影响很小,可对其按刚性螺旋桨处理;当激励频率接近螺旋桨一阶固有频率时,桨叶弹性对纵向激励力有显著放大效应;刚性螺旋桨侧斜角越大,纵向激励力越小,然而考虑桨叶弹性后,过大的侧斜角将降低桨叶各阶固有频率,从而恶化纵向激励力。因此需要结合激励频率、桨叶固有频率设计合适的侧斜角。     

推进轴系纵向振动引起的艇体声振特性分析

螺旋桨在艇体艉部不均匀伴流场中旋转产生的脉动推力激励起推进轴系纵向振动,振动经推力轴承基座传递至艇体,引起艇体水下低频辐射噪声。通过建立推进轴系、推力轴承基座和艇体耦合结构模型,分析推进轴系─艇体的耦合振动模态,结果显示,艇体弹性支撑边界条件对推进轴系的纵向振动特性有一定影响。采用基于模态叠加法的有限元结合边界元方法分析推进轴系纵向振动激励下的艇体水下辐射声场,分析表明,艇体第1阶纵向振动模态是参与艇体水下声辐射的主模态。进一步在推力轴承及其基座间安装动力吸振器以减小推进轴系纵向振动向艇体的传递,使艇体水下辐射噪声得到一定程度上的控制。     

小水线面双体船桨-轴-船体耦合振动和声辐射分析

针对小水线面双体船螺旋桨-轴系-船体耦合系统,利用耦合有限元方法建立了水体-螺旋桨-轴系和船体-水体子系统的耦合动力学模型,进行谐响应计算得到各个子系统轴承连接点处的导纳,把轴承作为弹性连接单元,通过频响综合得到整个系统的频域响应,再由边界元计算得到声场响应。该方法可考虑流固耦合螺旋桨的弹性、螺旋桨轴系与船体的耦合效应。结果表明螺旋桨激励下船体辐射声功率的特征峰值主要有轴系的一阶纵振和螺旋桨的第一、二阶同向振动湿模态,即辐射噪声谱的特征体现在轴系和螺旋桨。因此,针对螺旋桨激励下的桨-轴-船耦合系统部分的噪声,隐身设计的重要内容是螺旋桨和轴系参数的优化。该方法可对桨-轴-船体耦合系统中螺旋桨和轴系的参数分析提供高效的分析手段,从而为隐身优化设计提出明确的指导方向,具有重要工程意义。     

桨-轴系-船体耦合振动频响函数子结构综合建模方法验证与分析

提出桨-轴系-船体耦合系统振动响应的频响函数子结构综合建模方法.搭建基于减振降噪设计的桨-轴系-船体耦合振动测试的实尺度试验台,开展轴系运转状态下的振动传递测试.利用测试结果,验证频响函数子结构综合建模方法的最大幅值误差在主要频率点处不大于2.0 dB;并对结合数值模拟对测试得到的传递特性进行分析,得到结论为:低频主要...     

摩擦力作用下推进轴系弯—扭耦合振动特性分析

推进轴系的艉轴承负荷受螺旋桨、轴系对中等因素影响,不合理设计或安装可能导致轴承润滑不良,使轴颈与橡胶轴承间容易存在“粘着—滑动”状态,进而导致轴系的弯曲、扭转振动异常。通过简化的推进轴系模型,从机理上分析轴系在艉部橡胶轴承摩擦力作用下的弯-扭耦合振动特性及其主要影响因素,为识别轴系异常振动和噪声提供参考。     

轴承刚度对船舶推进轴系振动传递路径影响分析

采用传递矩阵法,将船舶推进轴系简化为质量点单元、弹性支承单元和具有分布参数的梁单元。基于修正的Timoshenko梁理论,推导出推进轴系的场传递矩阵表达式。然后,引入相应的边界条件,形成方程组并实现不同轴承刚度下推进轴系轴承处的力和位移响应求解。最后,从能量的角度,对推进轴系各轴承传递路径处的功率流进行分析,并与有限元结果比较。结果表明:基于修正Timoshenko梁理论的传递矩阵法在计算推进轴系弯曲振动时是可行有效的;艉后轴承刚度对轴系振动传递影响最大,艉前轴承次之,推力轴承影响最小。     

船舶推进轴系振动控制研究

推进轴系运行引起的振动是船舶艉部振动噪声的主要噪声源,轴系振动控制对船舶振动噪声控制有重要意义。从系统动力特性设计角度出发,对影响轴系振动的因素进行了理论分析,提出了控制轴系纵向一阶叶频临界转速、缩短推进器悬臂长度、开展轴系与结构动力学匹配设计等振动控制措施。通过台架试验对理论研究结果进行了验证,结果表明所提出的振动控制措施切实有效,对实船推进轴系振动控制具有实际指导意义。     

轴系运行工况对轴系-基座-壳体耦合振动影响研究

螺旋桨推进轴系与船体艉部耦合振动是制约船体减振降噪的重要因素,研究其成因机制和影响因素对于识别和有效控制船体艉部振动和噪声具有重要意义。故从轴系运行状态着手,基于有限元转子动力学理论,对轴系-基座-壳体耦合振动影响因素如轴系运行工况、校中状态及激振力等进行分析。在直线校中状态下,选定轴系四种运行工况,运用雷诺方程计算各工况下支撑轴承压力分布及八动力特性参数,引入轴承润滑油膜和水膜刚度和阻尼矩阵,将各支撑轴承离散成多点支撑,在此基础上建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,计算多激励下系统动力响应,采用有限元功率流分析各工况下支撑轴承传递特性对系统耦合振动的影响。结果表明,不同工况下轴承支撑特性会导致系统耦合振动特性不同,经轴系传递到壳体上的功率流也会产生相应变化,最终将会引起不同的辐射噪声。     

质量偏心Timoshenko梁的振动波特性研究

在研究船舶、潜艇等工程结构的低频振动时,通常可以将其简化为质量在截面内分布非均匀的梁结构,此质量偏心会引起弯-纵耦合。针对弯-纵耦合的质量偏心Timoshenko梁,推导了其截止频率的解析表达式;探讨了质量偏心对其纵振波、传播弯曲波及衰减弯曲波波数的影响规律;研究了三组波数下纵向/弯曲位移比随频率及质量偏心的变化。分析结果表明,质量偏心会降低梁的截止频率,偏心率越大,降低越明显;弯曲衰减波会在截止频率处转变为弯曲传播波;质量偏心使得非频散的纵向振动波转变为频散波;纵向振动与弯曲振动的耦合在质量偏心率或频率增大时,会进一步加强。     

57 000 t散货船轴系扭振实测分析与改进设计

应用非接触式扭振测试系统对一条5 7000 t散货船轴系扭振进行测量,测试结果表明：其扭振特性未达到预定要求,轴系扭振最大危险截面出现在中间轴。于是分别提出改变中间轴和桨轴长度以及增加中间轴直径两种改进设计方案,并对改进后的船舶轴系进行测试,分析得出两种改进方案对临界转速、扭振应力、扭振应力裕度及其转速禁区的影响,结论是增加中间轴直径方案更优。该结果对于5 7000 t型散货船轴系设计及后续船舶的建造具有较高的参考价值。     

船舶推进轴系纵向振动抑制研究

针对船舶轴系的纵向振动情况,建立“螺旋桨—轴系”纵向振动的动力学模型,并推导出其前3阶模态振型。同时,建立轴系的有限元模型,并将计算结果与解析解进行对比。提出用动力消振的方法对船舶轴系的纵向振动进行抑制。通过对实际转速下轴系纵向振动情况的仿真模拟,发现在船舶正常工作范围内,轴系的实际振动状况与其1阶模态十分接近,于是利用轴系纵向振动的响应在其第1阶模态处进行截断,列出轴系加装动力吸振器之后的动力学微分方程,并推导出加装动力吸振器后系统的响应表达式。针对系统的响应公式,设想利用磁流变弹性体材料制作宽频动力吸振器,并进行简单的概念设计。提出的设计方案为船舶推进轴系振动抑制提供一种新的思路。     

高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响

为探讨高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响,以某1~490 m上承式钢桁拱桥为研究对象,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,基于振型分解反应谱法基本原理,通过动力分析与静力分析相结合的方法,提出了高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的分离方法,在此基础上分析了主控振型对大跨度钢桁拱桥主拱圈纵向地震反应的影响规律。结果表明:同一振型对主桁下弦杆的同一位置不同内力分量的影响程度不同。同一振型对主桁下弦杆不同区域的同一内力分量的影响程度不同。从主桁下弦杆整体内力分布看,各阶振型对下弦杆的轴力、弯矩影响规律较为接近,但对剪力的影响明显不同。对于轴力和弯矩,在L/8区域~拱脚区域内,高阶振型的影响显著。对于剪力,在跨中区域~L/4区域,高阶振型的影响显著,且多阶振型共同作用效果明显。