挠曲轴系横向振动计算及分析

根据某近海拖轮的推进系统,将其轴系进行分析和简化,利用有限元软件ANSYS分别建立正常轴系和挠曲轴系横向振动的计算模型,对轴系的固有频率变化进行分析。通过数值模拟,研究轴系发生弯曲的情况下,轴系的弯曲变形对固有频率的影响。发现挠曲轴系固有频率的大小比正常轴系的固有频率要小,而且随着振动阶数的上升而明显减小。对于其他边界条件的轴来说,也具有相同的性质。这对船舶设计以及航行的安全性具有一定的指导意义。     

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。     

轴系的回旋运动对船舶噪声的影响

船舶的螺旋桨和推进轴组成的轴系在航行时将产生回旋运动。当回旋运动的角频率与轴系的弯曲振动的固有频率吻合时，能产生高能量的噪声辐射。依据工程实例阐述并证实了这一现象。最后，据此对船舶轴系的设计提出一些参考建议。     

高层钢框架的非线性分析模型

本文提出了对高层钢框架考虑材料非线性和几何非线性的分析方法。几何非线性分析模型包括考虑杆件大变形和框架结构在受力状态下的任意大变形平衡。杆件大变形效应包括轴向力弯曲刚度,杆端大侧移,杆端大转角,杆件大应变以及它们之间的相关作用。本文还讨论了切线刚度矩阵中非线性项的几何意义。并利用考虑了几何非线性和材料非线性的分析模型编制了电算程序,该程序能追踪位移与外力关系的全过程。     

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。     

轴向力对轴系弯扭耦合振动特性的影响

当轴系的截面质心和剪切中心不一致时,将会产生弯扭耦合振动.轴系轴向受力后,等效扭转刚度和弯曲刚度等参数都会有所改变,因而对轴系弯扭耦合振动特性也将有所变化,从而可能对轴系的安全运行产生影响.建立了一个集中参数的当量力学模型,推导了附加了轴向力后轴系的弯曲振动以及弯扭耦合振动的传递矩阵.通过对轴系的弯扭耦合振动特性进行分析计算,得到了一系列关于轴向力对轴系弯扭耦合振动的影响规律,这些规律对旋转轴系的结构设计具有一定的意义.     

刚性土壤上含有轴向力的悬跨管道的静弯曲和固有频率

针对翘起情况的裸露悬跨管道,建立考虑轴向力影响的刚性土壤支承的悬跨管道模型。利用小挠度梁理论,推导出脱离土壤的翘起段和悬跨段管道在自重作用下的变形和内力公式。以静弯曲挠度为振型函数,用能量法给出第1阶固有频率。对简支梁、固支梁和文本模型在含有轴向力情况下的静变形和第1阶振动频率进行了对比研究。研究表明：该文模型与考虑土...     

考虑转速的舰船推进轴系抗冲击计算和分析

舰船推进轴系的抗冲击性能是舰船生命力的主要影响因素之一。为了分析推进轴系在转动状态下的抗冲击性能,将其视为一个低速的转子系统,采用有限元法建立推进轴系受横向冲击载荷的计算模型,并用Newmark法对模型进行数值求解。通过实例仿真计算,研究推进轴系冲击响应特征及转速的影响。计算结果表明,转轴的回转效应使其在垂直和水平方向的弯曲振动相互耦合,其影响等效为阻尼效应,与静态轴系冲击响应相比,当系统阻尼较小时,转速对大转动惯量部件附近位置的响应影响较大,不可忽略;但当系统阻尼较大时,转速的影响较小。轴系的最大冲击位移出现在距离较远的相邻两轴承间的轴中部;轴的弯曲变形能有效地吸收冲击能量,故螺旋桨的冲击加速度响应不大。     

艉轴承标高对轴系横向振动的影响理论分析

船舶推进轴系的对中状态直接影响轴系的振动,分析其影响规律对于识别和有效控制异常振动具有重要意义。文中艉轴承支撑力采用与标高有关的非线性模型,考虑螺旋桨的不平衡回旋,在此基础上根据有限元方法建立了连续轴系的非线性动力学模型。通过求解非线性动力学响应,分析艉轴承标高与轴系垂直弯曲振动二者之间的关系,可为改善轴系对中状况与减小轴系振动提供参考。     

静磁力作用轴向运动铁磁薄板非线性固有振动

针对面内轴向运动铁磁矩形薄板,研究静磁力作用且具有不同边界约束非线性系统的固有振动问题。根据电磁理论给出铁磁矩形板在外加磁场环境下所受的磁化力;基于动能和应变能的表达形式,应用哈密顿变分原理,推得轴向运动铁磁薄板的磁弹性非线性振动方程。考虑四边简支、对边简支对边自由、对边简支对边夹支的三种不同边界约束类型,通过伽辽金法进行离散,得到横向常磁场作用下薄板的非线性常微分振动方程,确定静磁力作用下板的静挠度。应用KBM法求解,得出非线性自由振动系统的位移解析解和固有频率表达式。应用Matlab软件进行数值计算,绘制了固有振动随轴向速度、磁场强度、初值等的变化规律,并进行了对比分析。结果表明：固有振动频率随轴向速度和磁场强度的增加而减小;振动频率与初值有关且随初值的增加而增大,非线性特征明显;不同材料和不同边界条件直接影响着板所受的静磁力和静挠度。     

橡胶支座与柱串联体系的动力特性分析

针对工程界比较关注的橡胶隔震支座与柱串联的隔震体系,研究了串联隔震体系横向振动的固有频率,探讨了轴向压力和不同隔震支座等效弯曲刚度对串联隔震系统固有频率的影响。考虑横截面转动和剪切变形以及轴向压力的影响,建立了串联隔震系统横向自由振动的数学模型;采用微分求积单元法（DQEM）对所得控制方程和边界条件进行离散处理,避免了繁琐的偏微分方程求解;数值求解固支—自由边界条件下串联隔震体系的横向固有频率,并得到该系统横向固有频率参数随压力变化的曲线。数值结果表明：轴向力的增加将显著降低串联隔震系统的低阶固有频率;在总高度一定的情况下,隔震支座尺寸的增大对串联隔震体系的力学特性也有显著的影响。     

船舶推进轴系的扭转-纵向冲击响应

以某柴油机推进轴系为例,建立了扭转-纵向冲击有限元模型,加入柴油机曲轴和螺旋桨附水引起的扭纵耦合效应,研究了扭纵耦合轴系的自由振动和扭转-纵向冲击响应,并与无耦合轴系结果进行对比,分析了扭纵耦合效应对推进轴系自由振动和冲击响应的影响。结果表明,扭纵耦合效应对推进轴系的固有频率影响不大,但它明显地影响了冲击响应,扭纵耦合下,单一类型(扭转或纵向)冲击会同时激发纵向和扭转振动,并且引起较大的位移和扭矩波动,威胁轴系运行安全。因此船舶推进轴系的扭转-纵向冲击在设计阶段应予以足够的重视。     

船舶轴系的轴向振动及频率计算

柴油机及轴系在运转过程中,由于气缸内气体压力和往复惯性力的不断变化,以及螺旋桨推力的不断变化,因而使轴系可能产生扭转振动,横向振动以及轴向振动。 轴向振动,国外从40年代开始研究。特别是近几年来,柴油机向更高功率和多缸机发展时,轴向振动问题已成为柴油机与船舶制造者必须考虑的重要问题了。如英格兰     

基于动力吸振器的潜艇推进轴系轴向减振研究

螺旋桨脉动推力经推进轴、推力轴承及其基座传递到壳体,是潜艇壳体产生低频轴向振动与声辐射的一个重要因素。本文基于四端参数法建立了综合考虑推进轴系和壳体弹性的潜艇轴向振动力学模型,以轴系传递到壳体的纵振功率流为评价指标研究了轴系的轴向振动传递特性,详细讨论了用动力吸振器实现轴系轴向减振的设计方法。研究结果表明,螺旋桨脉动推力会在轴系各阶纵振频率附近频段激励起轴壳耦合的轴向共振,显著增加轴系到壳体的能量传递。用动力吸振器可以有效抑制轴系各阶轴向共振频率附近的轴－壳共振,而对其它频段的轴壳轴向共振则效果不佳。     

复合材料梁的几何精确非线性建模及非经典效应

基于Hodges的广义Timoshenko梁理论对具有任意剖面形状、任意材料分布及大变形的复合材料梁进行几何精确非线性建模,采用旋转张量分解法计算梁内任意一点的应变,采用变分渐近法确定梁剖面的任意翘曲,采用平衡方程由二次渐近精确的应变能导出广义Timoshenko应变能,采用广义Hamilton原理建立梁的几何精确非线性运动方程。将所建模型用于复合材料梁的静动力分析,通过与实验数据的对比,验证了建模方法的准确性,并进一步研究了剖面翘曲及横向剪切变形非经典效应对复合材料梁的影响。研究表明,剖面翘曲对复合材料梁的静变形和固有频率有显著影响,横向剪切变形对复合材料梁的静变形和固有频率的影响与梁的长度/剖面高度比有关。     

考虑几何非线性效应的大展弦比机翼气动弹性分析

针对飞机飞行过程中因受气动载荷作用、机翼几何非线性效应影响气动弹性稳定性,提出考虑结构大变形几何非线性效应的大展弦比机翼气动弹性特性分析方法。通过对MSC.Nastran软件二次开发实现该方法的计算流程。考虑大展弦比机翼几何大变形对气动面网格构型影响,在每个迭代步对气动面网格进行更新,求出大展弦比机翼在给定飞行状态下的静气动弹性变形,获得考虑机翼结构几何非线性效应的刚度矩阵,并进行机翼颤振特性分析。对大展弦比机翼模型进行气动弹性特性分析计算表明,与线性气动弹性分析结果相比,考虑机翼结构大变形几何非线性效应,机翼静气动弹性变形会影响机翼动力学特性,使机翼扭转频率明显下降,导致机翼几何非线性颤振速度低于线性颤振速度。     

固定边界超临界轴向运动梁平面振动频率

通过数值方法研究超临界速度下,两端固定边界的轴向运动梁平面耦合非线性振动固有频率。发展有限差分法,确定在超临界范围轴向运动梁的径向与横向耦合平面内非平凡静平衡位形。基于非平凡静平衡位形,经坐标变换,建立超临界轴向运动梁连续陀螺系统的标准控制方程。运用高阶Galerkin截断,研究超临界运动状态下梁平面振动的固有频率;并研究Galerkin截断阶数对计算结果的影响。     

轴系校中状态对艉轴承力传递特性影响

船舶轴系的弯曲振动通过艉轴承传递到船体引发船体艉部振动并产生噪声,是影响船舶舒适性和安全性的主要因素之一。船舶轴系由于较大的自重和出于对轴承保护的原因必须进行轴系校中,校中过程中轴承垂向位置的变化将会改变各轴承所受载荷,继而改变轴承刚度,影响轴系振动特性及轴承处的力传递特性。为此,利用传递矩阵法建立轴系校中和弯曲振动模型,对一轴系实例分别进行直线校中和以艉轴后轴承静载最小为目标的优化校中,求得两种不同校中状态下各轴承处受力响应,研究发现两种校中方式低频段相差微小,在高频段有明显区别。     

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。     

加热弹性梁在热过屈曲构形附近的自由振动

基于轴向可伸长梁的几何非线性理论建立了弹性直梁在热过屈曲静态大变形附近自由振动的几何非线性模型。在小振幅振动假设下,简化得到热过屈曲梁线性振动的控制方程。采用打靶法分别获得了两端不可移简支(pinned-pinned)和两端固定(fixed-fixed)梁的前四阶固有频率与升温之间的特征关系曲线。数值结果表明,梁在未屈曲时,各阶频率都随升温而单调下降。在过屈曲后,两端不可移简支梁的前两阶频率随升温单调上升,三、四阶频率随升温而单调下降。但是,两端固定梁在过屈曲后的各阶频率都随升温而单调增加。因此,可以通过温度调控来实现对结构固有频率的调整。