某船舶推进轴系扭振计算分析-不错的论文(精)

第22卷

第5期（总第131期）2011年10月

船舶

SHIP&BOAT

Vol.22No.5October，2011

［船舶轮机］

某船舶推进轴系扭振计算分析

金立平

（吉林省地方海事局

［关键词］船舶推进轴系；有限元；转动惯量；扭振［摘

要］提高轴系扭振计算精度，必须有精确的原始参数，以准确掌握船舶轴系扭振情况。在有限元分析软件

中，建立曲柄半拐等的三维模型，用有限元分析方法精确的确定了各质量、轴段的转动惯量、扭转刚度等精确原始参数。基于建立的实船轴系当量系统，计算出了各结自由振动的频率及对应的共振转速，自由端和飞轮输出端的振幅，分析了轴段应力和扭矩随曲轴转角及转速的变化关系。结果表明在整个转速范围内，扭转振幅小于限定值，轴段的最大扭矩和应力均小于材料许用值，本船舶轴系扭转振动状况是良好的。

［中图分类号］U664.21

［文献标志码］A

［文章编号］1001-9855（2011）05-0046-04

长春130061）Torsionalvibrationcalculationandanalysisofashippropulsionshaft

JINLi-ping

（JiLinLocalMaritimeSafetyAdministration，Changchun130061）

Keywords：marinepropulsionshafting；FEM；inertiamoment；torsionalvibration Abstract：Thepreciseoriginalparametersarecriticalforimprovingthecalculationaccuracyofshafttorsi onalvibration.Athree-dimensionalmodeofahalfcrankisestablishedinthefiniteelementanalysissoftwaretoaccurate lycalculatetheoriginalparameterssuchasthemomentofinertiaandtorsionalstiffnessofeachs haftsection.Basedontheestablishedrealshipshaftingequivalentsystem,thispapercalculatedt hefreevibrationfrequencyandthecorrespondingresonancespeed,aswellasthevibrationampl itudeofthefreeendandtheflywheeloutputend,analyzedtherelationshipofthestressandtorque ofshaftsandthecrankangleandenginespeed.Theresultsshowthatinthewholespeedrange,thet

orsionalamplitudeislessthantheallowablevalueandthelargestshafttorqueandstressarelesst hanlimitedvalueofthematerial.Sothattheshipshaftingtorsionalvibrationisinagoodsituation. 扭转振动进行了准确的分析计算。

引言

船舶推进轴系振动一直是船舶界十分关心的问题，扭振分析的精度关键在于模型的准确性。提高模型扭振计算精度的方法，一方面是增加集中质量的数量，另一方面是各质量、轴段的转动惯量和刚度等原始参数的精确计算

［1，2］

转动惯量和刚度等原始参数的计算

对于曲轴等复杂形状的物体，转动惯量传统的

计算方法是用许多以曲轴中心为中心的、间隔为dR的圆弧，划分成许多弧形小块。然后分别求得各弧形小块对曲轴中心的转动惯量，再将其相加即可得其相对于中心线的转动惯量。很显然，对于曲柄等

。本文采用有限元分析

法，精确计算了曲轴半拐的原始参数，对船舶轴系的

［收稿日期］2011-07-22；［修回日期］2011-08-01

［作者简介］金立平（1981-），男，汉族，工程师，主要从事水上安全监督及海事信息化工作。

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某船舶推进轴系扭振计算分析

复杂形状的物体，传统计算方法实际操作上非常不便，难以准确求解［3，4］。对于单位曲柄扭转刚度的计算，目前均采用半经验公式进行计算，由于各种经验公式都有各自特定的使用机型，有一定的适用范围，因此很难用统一的公式来计算曲柄的扭转刚度［5］。

本文采用Ansys有限元软件进行分析计算。为减少计算工作量，采用半拐进行分析，包含1/2主轴颈、曲柄臂和1/2曲柄销；建立的半拐三维模型如图

1所示；然后定义材料属性，划分模型，并细化过度圆

角处网格，施加约束和扭矩，如图2所示；最后求解计算，得出主轴颈端面节点的扭转位移等数据，图3为求解后的节点位移图。

图3

节点位移图

根据刚度计算公式（1），可求得半拐刚度

K=M

φ为扭转角度，rad。

··Nmrad-1（1）

式中：M为施加的扭矩，N·m；

整拐刚度值则为半拐刚度值的1/2。求得的各质量、轴段的转动惯量和刚度如下表1所示。

图1

半拐三维模型

当量系统模型

某船推进轴系当量系统模型如下页图4所示。对应的振动系统矩阵微分方程为：咬+Cφ觶+Kφ=MIφ

式中：I为转动惯量矩阵；

（2）

C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；M为激振力矩向量；φ为扭转角度向量。

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