基于ANSYS的船用螺旋桨模态分析与优化设计

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基于ANSYS的舰船模型模态分析

元素仅在其共同的节点处相互连接。通过变分原
{ } 理可以建立各元素的节点位移 δ e(t) 和作用在各
{ } 节点上的外力 Fe(t) 之间的关系：
{ } { } [M
e
]⎨⎧δ..e
⎩
⎫ ⎬ ⎭
+
[Ce
]⎨⎧δ.
⎩
e
⎫ ⎬ ⎭
+
[K
e
]
δ
e
=
Fe
各单元内部的任意部分的位移，近似地表示
为各节点位移的函数，由各单元的运动方程可以
《机电技术》2010 年第 2 期
船舶技术
基于 ANSYS 的舰船模型模态分析
丁志龙凌华任荣社祝峰
（海军蚌埠士官学校机电系，安徽蚌埠 233012）
摘要：通过 ANSYS 软件对一舰船模型进行模态分析，得到舰船模型的固有频率、振型，为进一步改进舰船结构设计提供指导。
关键词：有限元法；船舶振动；模态分析中图分类号：U674.7┼02 U661.73 文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2010）02-160-03
如图 1 所示，本文在 ANSYS 环境下建立大约 110 个点。
图 1 建有 110 个点的舰船图形
其次，在坐标面里把点用线连起来。
(2) GUI: Main Menu>Preprocessor> — Modeling—Create>Lines—lines>StraightLine.
如图 2，本模型在 ANSYS 环境下的线条图。
参考文献： [1] 张朝辉. ANSYS8.0 结构分析及实例解析[M].北京：机械工业出版社，2005. [2] 傅志方等.模态分析理论与应用[M].上海：上海交通大学出版社，2000. [3] 李晓娟，何韫如.纵骨架式船舶结构垂向振动的三维有限元分析[J].华东船舶工业学院学报， 1995,9(3):1-4. [4] 郭日修，朱云翔.船舶防振减振技术的进展[J].振动与冲击，1993（3）.

利用ANSYS软件进行船舶局部结构分析

四
结
论
1 该模型所得到的结果是基于对压力波在测压通道传递时所作的几个假定的 , 因此会与测压通道中压力波的传递的实际状况有所偏离 , 从而产生结果上的偏离。 2 测压通道是测试系统中的一个环节, 压力信号在通过测压通道时产生了幅值和相位的失真, 这是因为压力波的传递是有一定的速度的 , 压力波在通道内会产生反射和叠加。 3 结果反映出导致压力信号失真与测压通道的结构尺寸有关 , 在条件允许的情况下, 测压通道的截面积越小, 通道的长度越短, 则输出信号的一致性就越好。 4 通过该模型 , 利用小扰动波理论 , 可以由传感器端测得的压力信号简单快捷地计算出缸内压力信号 , 消除压力测量时的通道效应。
二
有限元建模及求解
ANSYS 支持自底向上和自上向下两种建模方式, 本文采用由点到线 , 由线到面的自底向上的建模方法。对于关键点 ( KeyPoint ) 的输入 , 可以利用 Excel 辅助进行。用 Excel 生成如表 1 的表格, 好处在于易于编辑 , 并且可利用 Excel 的绘图功能初步察看所定义关键点是否正确。然后 Copy 到 Ansys 的 command prom pt 中 , 生成关键点 , 并在 ANSYS 中生成线, 再由线生成面, 最终得到有限元图网格图如图 1。
图3
梁的变形和应力
对于 Beam 上, 每一个剖面上的各个节点上的应力 , 可能通过下拉菜单中的 Section
12 Solut ion 得到。
广
东
造
船
2004 年第 3 期
图 2 中 , 在 6- 16 和 7- 17 中点边线定义路径, 然后将 Sx 、 Sy 、 Sz 和 Seqv. 映射到路径上 ( 如图 4) 。由图 2 可见 : Sx 在板条梁中点和端部较大 , 由于两端固定, 在端部的弯曲应力更大, 约为中间的 2 倍; Sy 和 Sz 相对较小 , 剪切应力也比较小, 从而 Seqv 和 Sx 很接近 ; 作为板的上表面, 在端部受压缩, 在中间部分受拉, 所以呈现出如图所示的形状。注意到由于梁有变形 , 而边界处由于钢固没有变形 , 所以变形和应力并不对称。

船用螺旋桨设计与优化技术研究

船用螺旋桨设计与优化技术研究船用螺旋桨的设计与优化技术是船舶工程领域中的重要研究内容。

船用螺旋桨是推动船舶前进的关键设备，其设计的好坏直接影响到船舶的航行性能和能源消耗。

本文将从螺旋桨设计的基本原理、设计过程以及优化技术等方面进行详细阐述。

一、螺旋桨设计的基本原理船用螺旋桨的基本原理是通过螺旋桨叶片的转动产生的水流与船体相互作用，产生推力将船体推动前进。

根据流体动力学原理，螺旋桨的叶片设计应满足最大化推力、最小化振动和噪声以及最高效能的要求。

螺旋桨一般由叶片、母体以及杆连接组成。

叶片的设计关键包括叶型的选择、叶片的几何参数（如子翼比、展弦比等）、叶片面积分布等。

母体的设计关键包括母体的形状和强度。

杆的设计关键是杆的直径和材料的选择。

二、螺旋桨设计的基本过程螺旋桨的设计过程包括初步设计、中间设计和最终设计三个阶段。

1. 初步设计阶段：根据船舶的工况要求和基本参数，确定螺旋桨的直径、叶片数、种类以及安装位置。

同时，进行一些基本的叶片几何参数的估算，如叶片的展弦比、子翼比、弯曲强度等。

2. 中间设计阶段：根据初步设计结果，通过一系列的流场计算和性能试验来进一步优化螺旋桨的叶片几何参数。

此阶段的重点是确定叶片的几何参数，如叶片的弯曲角、扭曲角以及叶片的厚度分布等。

3. 最终设计阶段：根据中间设计结果，进行最终的螺旋桨设计，包括叶片的细化设计、母体的优化和杆的设计等。

在此阶段，通常需要进行大量的流场计算和模型试验来验证和优化设计结果。

三、螺旋桨设计的优化技术螺旋桨的设计优化是为了在满足船舶工况要求的前提下，进一步提高推力效率和减小振动和噪声。

常用的螺旋桨设计优化技术包括参数化模型优化、流场计算优化、进化算法优化等。

1. 参数化模型优化：通过建立螺旋桨的参数化模型，将螺旋桨的几何参数与推力效率进行关联，然后利用数值方法进行优化计算，寻找使得推力效率最大化的最优参数组合。

2. 流场计算优化：运用计算流体力学（CFD）方法对螺旋桨的水流场进行数值模拟，以评估螺旋桨的性能。

ANSYS模态分析

ANSYS模态分析ANSYS模态分析是一种用于计算和研究结构的振动和模态的仿真方法。

它可以帮助工程师和设计师了解结构在自由振动模态下的响应，从而优化设计和改进结构的性能。

本文将对ANSYS模态分析的原理和应用进行详细介绍。

ANSYS模态分析基于动力学理论和有限元分析。

在模态分析中，结构被建模为一个连续的弹性体，通过求解结构的固有频率和模态形状来研究其振动行为。

固有频率是结构在没有外力作用下自由振动的频率，而模态形状则是结构在每个固有频率下的振动形态。

模态分析可以帮助工程师了解结构在特定频率下的振动行为。

通过分析结构的固有频率，可以评估结构的动态稳定性。

如果结构的固有频率与外部激励频率非常接近，可能会导致共振现象，从而对结构造成破坏。

此外，模态分析还可以帮助识别结构的振动模态，并评估可能的振动问题和改进设计。

1.准备工作：首先，需要创建结构的几何模型，并进行必要的网格划分。

在几何模型上设置适当的约束条件和边界条件。

选择合适的材料属性和材料模型。

然后设置分析类型为模态分析。

2.计算固有频率：在模态分析中，需要计算结构的固有频率。

通过求解结构的特征值问题，可以得到结构的固有频率和模态形状。

通常使用特征值求解器来求解特征值问题。

3.分析结果：一旦得到结构的固有频率和模态形状，可以进行进一步的分析和评估。

在ANSYS中，可以通过模态形状的可视化来观察结构的振动模态。

此外，还可以对模态形状进行分析，如计算应力、变形和应变等。

ANSYS模态分析在许多领域都有广泛的应用。

在航空航天工程中，模态分析可以用于评估飞机结构的稳定性和航空器的振动特性。

在汽车工程中，可以使用模态分析来优化车身结构和减少共振噪音。

在建筑工程中，可以使用模态分析来评估楼房结构的稳定性和地震响应。

总之，ANSYS模态分析是一种重要的结构动力学仿真方法，可以帮助工程师和设计师了解结构的振动特性和改善设计。

通过模态分析，可以预测共振问题、优化结构设计、提高结构的稳定性和性能。

基于ANSYS的船舶轴系校中优化计算

１４
维普资讯
基于ＡＳＳＮＹ的船舶轴系校中优化计算王金娥间轴９３０ｍ，．支承轴承包括前、艉管轴承，７后中间轴承，推力轴承和５个主机轴承，各轴承支承刚
度５０／。 ×１９ｍＮ
文件应该参数化建立模型，参数化提取变量并设定状态变量和目标函数；
（）明优化变量，４声选择优化工具或优化计算方法，指定优化循环控制方式，进行优化分析；（）５查看设计序列结果和分析结果。优化设计数据的流向见图２ＮＹ优化设。ＡＳＳ计计算方法有零阶方法、一阶方法、随机搜索法、等步长搜索法、乘子计算法和最优梯度法。一阶方法将真实的有限元结果最小化，而不是对其进行逼近数值操作，计算精度高，因此这里采用一阶
主要约束条件有
Ｒｆｉ ≤ Ｒ ≤ Ｒａｘ
ｉ ≤ ≤
化计算方法，讨论了船舶轴系合理校中的最优化设计。
随着计算机技术和有限元理论的发展及广泛应
用，出现了很多通用有限元计算软件，ＡＳＳ如ＮＹ、艇℃，Ａ＇ＡＮＳＲＮ等，Ｉ为工程设计和计算提供了支持。
支反力、最大支反力；ｆＰ、Ｐｆ～分别为轴承ｉ的最小比压、比压、最大比压；、一分别为尾管０后轴承支点处的转角、最大允许转角。
１轴系校中优化计算模型
１１目标函数．
２轴系校中有限元模型
以一大型船舶的推进轴系为研究对象，系轴
了详细的建摸过程和优化计算步骤，通过工程实例验证了该方法的适用性，并对工程设计具有一定的指导

ANSYS环境中的船舶推进轴系冲击动力学仿真计算

ANSYS环境中的船舶推进轴系冲击动力学仿真计算许庆新1沈荣瀛1臧述升2(1. 上海交通大学振动冲击噪声国家重点实验室，上海，200030，2.上海交通大学动力机械与工程实验室，上海，200030)摘要:本文提出了一种基于ANSYS环境的船舶推进轴系冲击动力学计算的方法。

首先采用有限元方法，把连续轴系离散成由二维梁单元构成的离散质量系统，轴承座处理成弹性约束的边界条件，螺旋桨简化为集中质量，求得轴系弯曲振动的固有频率和固有振型。

然后在垂向加速度冲击输入条件下，求解轴系任意点处的位移响应，以及轴承支承处的冲击应力。

通过一个工程计算实例，说明该方法的适用性。

关键词：推进轴系、冲击响应、仿真计算Simulation of Shock Dynamics of Ship Propulsive Shafting UsingANSYSXU Qingxin1 SHEN Rongying1 ZANG Shusheng2(1.Shanghai Jiaotong University State Key Laboratory of Vibration Shock Noise, Shanghai,200030 2.Shanghai Jiaotong University Power Mechanical Engineering Laboratory,Shanghai, 200030)Abstract : This paper discusses the method of simulation of shock dynamics of ship propulsive shafting by use of ANSYS. According to Finite Element Method, continuous shafting is considered as a discrete mass system in terms of 2D beam element, bearing block is considered as elastic constraint condition, and the propeller is simplified lumped mass, so the natural frequency and natural mode of flexural vibration of shafting can be calculated. Then, shock response of propulsive shafting and shock stress of bearing block under vertical acceleration shock can be computed. Finally, the practical engineering calculation example illustrates the availability of the proposed method.Keywords : propulsive shafting, shock response, simulation computing1 前言：船舶推进轴系是船舶动力系统的一个重要组成部分，它包括从主机输出端推力轴承直到螺旋桨之间的传动轴及轴上附件。

船舶与海洋工程ANSYS有限元分析——建模过程中设备的模拟及重心的调整

8. 施加质量单元、调密度
8.2 施加质量单元
• 船上设备我们一般采用MASS21单元模拟，该质量单元是具有6 个自由度的点单元。
• 模拟设备的方式：MASS21单元 + 刚性梁
• 有必要说，刚性梁即属性设置中，刚度极大，密度极小的梁单元（虚构件），从而保证了添加刚性梁不增加船体质量而又能够使设备重量重心与实船上的布置一致！
8. 施加质量单元、调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
假定实船重量为M，重心位置为（X，0，Z）;模型重量为m，重心位置为（x，0，z）。 ① 调整垂向坐标
调整垂向坐标，即z坐标，把整船分为上中下三部分，如上图所示。
8. 施加质量单元、调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
③ 全船均匀分配质量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由于之前在垂向和纵向质量分布比较均匀，此处可以采取如下处理方式，得到结果：
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
④ 调整横向坐标
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
④ 调整横向坐标将上部分分为6部分，如下图所示。各个部分分得的质量如下表所示。
左
中
右
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
④ 调整横向坐标
8.3 调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
② 调整纵向坐标
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
② 调整纵向坐标
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度

基于ANSYS的船体结构模态分析

基于ANSYS的船体结构模态分析吴渡平;展龙【摘要】在营运过程中,船体本身具有一个固有频率。

如果能准确知道它的固有频率,将对船舶设计有很大帮助。

本文采用目前流行的有限元分析软件,计算分析某船体吊机舱的固有频率,分析结果对设备选型与布置安装有一定的指导意义。

%During the course of the operation, the ship hull itselt has a natural trequency. 1t we can exactly know the natural frequency, it will be of great help to ship design. This paper adopt the finite？ element？ analysis？software which is popular at present to calculate and analysis the natural frequency of the ship hull, The results of analysis have a guiding value to the selection and the layout of the equipment.【期刊名称】《九江职业技术学院学报》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】3页(P31-32,39)【关键词】固有频率;有限元分析;船舶设计;网格;模态【作者】吴渡平;展龙【作者单位】九江职业技术学院,江西九江332007;九江职业技术学院,江西九江332007【正文语种】中文【中图分类】TH122;U661.42船舶是集船体机电设备于一体的水上工程建筑物。

船舶本身的运行以及机电设备的运转都具有一定的固有频率。

如果设备的运转频率达到或接近船体的固有频率,会对船体的运行尤其是结构强度产生不利的影响,减少船舶的寿命。

利用有限元分析软件ANSYS可以计算分析结构频率的功能来计算某趸船吊机舱的固有频率。

螺旋桨优化设计及特性分析

螺旋桨优化设计及特性分析概述：螺旋桨作为船舶和飞行器的重要部件，具有至关重要的作用。

优化设计和特性分析是研究螺旋桨性能的关键。

本文将从螺旋桨的设计原理、优化流程及特性分析三个方面探讨螺旋桨的优化设计及特性分析。

螺旋桨的设计原理：螺旋桨设计的基本原理是通过叶片的几何参数和其绕中心轴的旋转来造成流体的流动，从而产生推力。

螺旋桨的设计要素主要包括叶片数、叶片截面形状、叶片扭曲、叶片展位角等。

其中，叶片数和叶片截面形状直接影响螺旋桨的推进效率，而叶片扭曲和展位角的设计则会影响螺旋桨的噪音、振动等特性。

螺旋桨优化设计的流程：螺旋桨的优化设计可以分为几个步骤，包括初始设计、离散化、流场计算、性能评价和优化设计。

在初始设计阶段，需要确定螺旋桨的类型、工作条件和设计目标。

离散化是将连续的叶片分割成离散的控制点，以便进行后续的流场计算。

流场计算使用计算流体力学方法，通过求解流体力学方程组，分析螺旋桨的流场，得到其叶片负载和推力性能。

性能评价是对螺旋桨的性能指标进行综合评估，包括推力、效率和噪音等方面。

最后，根据评价结果进行优化设计，通过改变叶片几何参数，实现螺旋桨性能的最优化。

螺旋桨特性分析：除了优化设计，对螺旋桨特性的分析也是非常重要的。

特性分析包括推力特性、效率特性、噪音特性等方面。

推力特性是指在不同工况下，螺旋桨的推力输出量和输入功率之间的关系。

效率特性是指螺旋桨的功率转换效率，即输出推力与输入功率的比值。

噪音特性是指螺旋桨在运行时产生的噪音水平，主要影响因素有叶片振动、湍流噪音和相对流噪音等。

通过对这些特性的分析，可以评估螺旋桨的性能并对其进行改进。

结论：螺旋桨优化设计及特性分析是提高螺旋桨性能的关键。

通过合理的设计和优化，可以提高螺旋桨的推进效率和降低噪音水平，从而提升船舶和飞行器的整体性能。

在未来的研究中，可以结合新的设计理念和计算方法，进一步提高螺旋桨的性能，并在实际应用中持续改进和优化。

总而言之，螺旋桨的优化设计及特性分析是一个复杂且持续的工作，需要综合考虑多个因素和方法。

基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算

基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算ANSYS是一种广泛应用于工程领域的有限元分析软件，能够模拟和分析船舶结构的振动响应。

船舶结构的振动校核计算可以帮助设计师评估船舶的结构强度和舒适度，以确保其安全性和稳定性。

船舶振动分析考虑了多个因素，包括船体的自然频率、结构材料的弹性特性、载荷作用以及流体力学因素。

ANSYS船舶振动校核计算可以通过以下步骤完成：1.建立船舶结构模型：使用ANSYS软件建立船舶结构的三维有限元模型，包括船体、船底、船舱等部分。

结构模型的准确性和细节度直接影响振动分析的准确性。

2.材料属性定义：根据实际使用的材料，定义船舶结构的弹性模量、泊松比和密度等材料属性。

这些属性对于计算结构的自然频率和振动响应至关重要。

3.边界条件和约束：在模型中定义边界条件和约束，模拟船舶与海水的相互作用。

可以通过添加约束来限制船舶在特定运动方向上的自由度，例如在船舶底部添加一定的支撑约束。

4.载荷应用：根据实际运行条件和设计要求，模拟载荷的作用。

常见的载荷包括船舶自身重力、海浪和液货运输等引起的动力载荷。

5.静态分析：进行船舶结构的静态强度分析，计算结构在不同载荷下的应力和应变。

这可以帮助设计师确定船舶结构的强度和稳定性。

6.动态分析：在船舶结构上施加动力载荷，模拟船舶在运行过程中的振动响应。

通过计算结构的自由振动频率以及对外部激励的响应，可以评估结构的自振特性和舒适性。

7.结果分析和后处理：通过分析计算结果，评估船舶的结构响应和安全性。

可以确定结构的共振频率、振动模态以及响应的幅值和幅值分布。

船舶轴系的振动校核计算是船舶结构振动分析的重要组成部分。

通过ANSYS软件的应用可以帮助设计师评估船舶轴系的振动特性，并确定结构的自振频率以及对外界激励的响应。

在船舶轴系的振动校核计算中，需重点考虑轴系结构的弹性特性、载荷情况以及激励源（如发动机振动和螺旋桨激励）对轴系的影响。

可以采用有限元法建立轴系的详细模型，通过加载实际工况下的载荷进行振动分析。

「基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算」

「基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算」根据ANSYS船舶轴系的振动校核计算，我们需要确定振动计算的目的、振动源和船舶轴系的相关参数。

振动计算的目的通常是为了评估船舶轴系在不同工况下的振动水平，
以确定是否满足振动设计要求，以及通过对振动源的分析，确定降低振动
的措施。

首先，我们需要确定振动源。

在船舶轴系中，可能存在的振动源包括
主机与传动系统、螺旋桨与水流之间的相互作用、覆盖层的不平衡和不同
部位的流体动力振动等。

其次，我们需要确定船舶轴系的相关参数。

包括轴系的结构特征，例
如轴的直径、长度、材料等；以及振动响应特性，例如转动惯量、振动模
态等。

接下来，我们可以使用ANSYS软件进行振动计算。

首先，根据船舶轴
系的几何特征，我们需要绘制模型并进行网格划分。

然后，需要定义边界
条件，例如轴承支撑约束和外部载荷。

接着，我们可以选择适当的振动分
析方法，例如模态分析、谐响应分析或响应谱分析等。

在进行振动计算之后，我们可以获得船舶轴系在不同工况下的振动响应。

根据振动响应结果，我们可以评估船舶轴系的振动水平是否满足设计
要求。

如果超过要求，我们可以通过分析振动源，确定降低振动的措施。

例如，可以采取平衡轴系、改变传动系统参数或增加振动吸收装置等来减
小振动水平。

总之，基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算可以帮助我们评估船舶轴系在不同工况下的振动水平，并确定相应的振动控制措施。

这对于提高船舶的安全性和舒适性具有重要意义。

(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程

均匀直杆的子空间法模态分析1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。

同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。

前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。

ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。

ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。

2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。

(1).建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。

(2).施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。

指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。

指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度，仅缩减法使用。

基于ANSYS的船用螺旋桨模态分析与优化设计

基于ANSYS的船用螺旋桨模态分析与优化设计利用UG软件对船用螺旋桨模型进行处理，并用ANSYS有限元仿真软件分析其模态振型，首先分析无支撑情况下螺旋桨单叶片的模态振型，提取振幅最大模态。

设计支撑方案，确定支撑位置并进行约束模态分析，结果显示螺旋桨单叶片频率有所提高，增加了加工刚度，最后确定优化的支撑方案，显著提高了螺旋桨的刚度，减小各阶模态的振动位移，对实际加工具有重要意义。

标签：ANSYS有限元分析；螺旋桨模态分析；优化设计Abstract：The model of marine propeller is processed by UG software，and its modal mode is analyzed by ANSYS finite element simulation software. Firstly，the modal mode of single blade of propeller without support is analyzed，and the maximum amplitude mode is extracted. The results show that the frequency of single blade of propeller is increased and the machining stiffness is increased. Finally，the optimized bracing scheme is determined，and the stiffness of propeller is improved significantly. It is of great significance to reduce the vibration displacement of each mode for machining.Keywords：ANSYS finite element analysis；propeller modal analysis；optimal design螺旋槳是舰船的主动力装置，其设计与制造精度直接决定舰船运行性能。

船舶与海洋工程ANSYS有限元分析——建模过程中设备的模拟及重心的调整

左
中
右
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
④ 调整横向坐标
8. 施加质量单元、调密度
8.2 施加质量单元
• 船上设备我们一般采用MASS21单元模拟，该质量单元是具有6 个自由度的点单元。
• 模拟设备的方式：MASS21单元 + 刚性梁
• 有必要说，刚性梁即属性设置中，刚度极大，密度极小的梁单元（虚构件），从而保证了添加刚性梁不增加船体质量而又能够使设备重量重心与实船上的布置一致！
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
③ 全船均匀分配质量
由于之前在垂向和纵向质量分布比较均匀，此处可以采取如下处理方式，得到结果：
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
④ 调整横向坐标
8. 施加质量单元、调密度
8.3 质量如下表所示。
8. 施加质量单元、调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
8. 施加质量单元、调密度
8.3 调密度
假定实船重量为M，重心位置为（X，0，Z）;模型重量为m，重心位置为（x，0，z）。 ① 调整垂向坐标
调整垂向坐标，即z坐标，把整船分为上中下三部分，如上图所示。
8. 施加质量单元、调密度
船舶与海洋工程ANSYS有限元分析
——建模过程中设备的模拟及重心的调整
8. 施加质量单元、调密度
8.1 工程背景
船体模型在外壳、甲板、舱壁、桁材等整个钢结构建好之后，其参与抵抗总纵强度的构件均已具备，但是仍需要将上层建筑、舾装等船上设备布置上，并保证船体模型的总重量重心与实船相符，进而才可以对船舶进行不同工况的受力分析。
8.3 调密度
8. 施加质量单元、调密度

基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算

基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算1 概述船舶轴系是由推力轴、中间轴、艉轴、推力轴承、滑动轴承、联轴节、螺旋桨等组成的复杂系统，在船舶运行过程中，它会发生弯曲振动现象，对船舶正常运行产生不利影响。

船舶轴系振动有三种类型：由旋转轴不平衡引起的横向振动，可以是垂直方向的，也可以是水平方向的，会造成艉管密封漏水或漏油，轴承座松动，甚至破裂;由螺旋桨推力不均匀引起的纵向振动，情况严重时可以造成推力轴承敲击，曲柄箱破裂，有齿轮传动时，还会损坏齿轮;此外，从主机通过轴系传递功率至螺旋桨造成轴段来回摆动，各轴段间的扭角不一样，从而产生扭转振动，破坏的结果是轴系断裂，有齿轮传动时，会造成齿轮敲击。

因此，在船舶设计过程中，有必要对船舶轴系进行振动校合计算。

对于轴系这样的复杂结构，运用有限元方法进行振动计算具有明显的优越性。

本文针对交通大学和某造船厂共同设计开发的46000吨集装箱船，应用ANSYS有限元软件6.0版本对其传动轴系进行振动校合计算，为进一步的设计提供参考。

ANSYS是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元分析软件，它具有结构静力分析、结构动力分析、瞬态分析、模态分析、流体动力学分析、电磁场分析等多种功能。

本文即是利用ANSYS软件的模态分析功能，完成对船舶轴系这一复杂结构的建模和有限元分析。

实践证明，这种方法可以有效的提高工作效率，缩短分析周期，对工程实际是非常有效的。

2 轴系计算的有限元模型进行校合计算的46000吨集装箱船，采用的是瓦西兰公司的32缸柴油发动机组，发动机输出法兰通过齿轮箱变速后，和中间轴连接，中间轴和艉轴之间有联轴节。

中间轴长3.68m，外径0.4m，无轴承支承。

艉轴长5.3m，外径0.48m，前后分别有两个轴承，前轴承宽0.48m，后轴承宽1.08m，轴承刚度由轴承说明书给出。

中间轴和艉轴中都布置有润滑系统。

螺旋桨是变距螺旋桨，总重14500kg。

根据实际需要，只需对船舶轴系的自由振动情况进行校合计算，不考虑受迫振动情况。

ANSYS在船舶轴系校中上的应用

ANSYS在船舶轴系校中上的应用作者：季晨龙来源：《科技与创新》2014年第11期摘要：对于船舶而言，航行的安全性和稳定性尤为重要，而轴系校中是确保船舶稳定运行的重要环节之一。

基于此点，阐述了对船舶轴系校中的必要性，并在基础上研究了ANSYS 在船舶轴系校中上的具体应用，以期能够对提高船舶轴系校中质量有所帮助。

关键词：船舶；ANSYS；轴系校中；质量中图分类号：U664.21 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）11-0065-021 对船舶轴系校中的必要性船舶轴系校中要按照一定要求和方法，将需要校中的轴系敷设成为某种状态，使其全部轴承上的负荷和各个轴段内的应力均在允许范围之内，借此来使其达到最佳数值，从而确保轴系正常运转。

如果船舶轴系校中不良，则会产生诸多危害，具体体现在以下几个方面：①增大螺旋桨轴承负荷，特别在轴承后端会出现过大局部负荷，加快轴承的磨损速度，进而造成轴承损坏；②减小前尾管轴承负荷，以产生非正负荷，促使轴承间距发生较大变化，在降低轴系回旋振动固有频率的作用下，极有可能出现回旋振动共振转速；③破坏前尾管轴承密封装置，磨损中间轴轴承，尤其是柴油机后1～3个主轴承有可能遭到损坏；④齿轮箱前轴承与后轴承的负荷差值增大，对建立油膜产生负面影响，造成齿轮啮合不良，严重情况下，还会产生轴承合金烧熔、推力轴承和推力块发热、齿击振动等，进而导致船体尾部振动。

基于上述原因，有必要对船舶轴系进行校中，特别是对超大型船舶，为了确保其正常稳定运转，必须采取科学的计算方法进行校中，避免因轴系校中不良造成严重后果。

2 ANSYS在船舶轴系校中上的具体应用研究2.1 ANSYS的基本假设采用ANSYS法对船舶轴系进行校中时，在具体编程前，需要对船舶轴系进行假设，以满足ANSYS的计算要求，需要进行假设以下几点内容：①连续性。

一般情况下，固体物质的颗粒间会存在一定的空隙，所以其不具备连续性的特征，但这种空隙相对比较微小，所以可忽略不计，因此，假定固体连续存在于整个体积当中。

基于ANSYS优化设计的船舶浮态自动调整及加载

基于ANSYS优化设计的船舶浮态自动调整及加载摘要：对船舶结构进行有限元分析需要对吃水及浮态进行计算调整，以保证船舶结构重量以及重心位置，与水提供的浮力及浮心位置几近平衡，这样才能保证在约束点附近的应力结果不至于严重失真。

在船舶有限元分析中，载荷和边界条件的施加与处理往往是很复杂的事情。

本文基于优化设计分析的思想，提出了一种在ANSYS有限元软件中船舶浮态自动调整和自动加载的方法，可方便有效的对船舶结构吃水及浮态进行调整以及合理的加载。

关键词：船舶结构；有限元法；优化设计；浮态调整；自动加载一、引言在船舶结构直接计算中，外载荷(包括波浪压力、砰击载荷、货物压力、晃荡载荷、波浪弯矩、剪力和扭矩等)[1]的计算都依赖于经验公式，不管是采用全船的计算模型还是采用舱段的计算模型，目前情况下很难得到一个完全平衡的外载荷力系。

由于船舶结构是一个复杂的空间结构，直接计算时，有限元模型中节点数、单元数十分庞大，载荷计算的累计误差使得寻求一个完全平衡的外载荷力系的工作更加困难。

在这种情况下，施加合理、合适的边界条件变得十分重要，因为约束点产生的很大的反力严重地影响(改变)了结构的实际受力状态。

边界条件对于计算的结果有重大的影响，而边界条件的确定取决于对结构受力和变形状态的判断以及分析者的经验，其中人为的因素较多。

也许可以认为根据StVenant 原理，由于约束点距离我们最关心的部位较远，对应力分布的计算结果的影响有限，但是这样得到的结果毕竟是不甚合理的。

因此用有限元方法计算船舶结构强度时，为了得到比较准确的变形和应力结果，可能需要特殊的处理方法。

目前的研究中有采用惯性释放的方法[2]，此方法用结构的惯性力来平衡外力，由于人为的施加外载荷，虽然在大多数情况下，都经过了节点力的调整，但作用在船体的力系仍然不是平衡力系，根据达朗贝尔原理，利用惯性力使整个力系达到平衡。

也有研究整船有限元模型自动加载技术的[3]，这些研究都需要经过节点力的调整和惯性平衡力计算的多次叠代，对船舶要进行浮态调整，实现起来，比较繁琐。