船舶轴系试验台研制及其纵向振动特性测试分析
船舶轴系试验台纵向耦合振动特性研究
船舶轴系试验台纵向耦合振动特性研究李良伟，赵耀，张赣波(华中科技大学船舶与海洋工程学院，湖北武汉 430074)摘要：船舶轴系试验台是开展轴系设计及振动特性分析的重要平台。
运用振动测试与有限元法研究船舶轴系试验台传动轴与基座的耦合下的纵向振动特性。
通过宽频激励实测试验台传动轴上主要测点纵向响应的传递函数并计算相应的特征频率与阻尼比；将轴系等效为单自由度系统估算推力块的纵向刚度为有限元分析提供纵向刚度输入值。
根据传动轴与试验台基座的结构形式，分析了艉轴密封处不同耦合方式下的船舶轴系试验台轴系纵向振动响应特性。
对比测试结果与数值分析结果，验证推力块刚度估算方法的合理性，为分析船舶轴系纵向振动特性时对传动轴与基座之间的耦合处理提供一定理论参考。
关键词：轴系试验台；纵向振动；刚度估算；耦合；有限单元法中图分类号：U664.21 文献标识码：AResearch of Axial Coupling Vibration Characteristic ofMarine Shaft Test BedLI Liang-wei，ZHAO Yao，ZHANG Gan-bo(School of Naval Architecture & Ocean Engineering,Huazhong University of Science and Technology, Wuhan Hubei 430074, China)Abstract：Marine shaft vibration test bed is the important equipment for designing the marine shaft and also estimating the axial vibration characteristic. Use the vibration testing technology and finite element methods, the axial vibration response characteristic are obtained when the transmission shaft coupled the foundation. With the broad-band excitation method, the axial acceleration frequency response functions of the main measuring points on the transmission shaft are calculated and also the characteristic frequency and damping ratio. Then, the axial stiffness of thrust shoes is derived when the shafting system is equivalent to a single degree of freedom based on the test result. Considering the coupling relation between transmission shaft and foundation, the dynamic characteristic of shaft test bed are solved with the finite element method under different couple. Compared with the test and numerical analysis results, the axial stiffness estimation method reasonability for shafting system is verified. Finally the conclusion present provides a reference to research the axial coupling vibration characteristic of marine shafting system. Keywords: marine shaft test bed; axial vibration; stiffness estimation; coupling; finite element method1 引言船舶轴系主要将推进器产生的推力传递给船体实现船舶的运动，因而轴系运转的可靠性和稳定性将直接影响船舶的正常航行。
船舶推进轴系振动与功率测量分析研究
讨论
根据实验结果和分析，本次演示对船舶轴系振动的原因进行了深入探讨。研 究发现，船舶轴系振动主要受到螺旋桨激振力、轴系不平衡等因素的影响。为了 有效控制船舶轴系振动，可以从以下几个方面入手：
1、优化螺旋桨设计，减小螺旋桨的激振力。通过改变螺旋桨的叶片形状、 数目等参数，降低螺旋桨运转过程中产生的激振力，从而降低船舶轴系振动的幅 度。
文献综述
近年来，国内外学者针对船舶推进轴系振动问题进行了广泛的研究。研究内 容主要包括推进轴系的模态分析、振动特性分析、振动故障诊断等方面。
在模态分析方面，研究者通过有限元方法对推进轴系进行模态模拟，得到了 轴系的固有频率和振型。研究表明，推进轴系的模态特性与船舶的动力学特性密 切相关。
在振动特性分析方面，研究者对推进轴系在不同工况下的振动响应进行了测 量和分析。结果表明，推进轴系的振动响应受到船舶运行工况、推进轴系结构及 材料等因素的影响。
在振动故障诊断方面，研究者通过对比正常和故障轴系的振动数据，利用谱 分析、小波变换等信号处理方法，实现了对推进轴系故障的早期发现和诊断。
然而，现有研究大多于推进轴系的振动特性和故障诊断，而对推进轴系振动 的抑制方法研究较少。因此，本研究将针对这一问题展开探讨。
研究方法
本研究采用实验测试与数值模拟相结合的方法，对推进轴系的振动进行抑制 研究。首先，利用振动测试设备对推进轴系的振动响应进行实验测试，获取丰富 的实验数据。然后，通过有限元方法对推进轴系进行建模，并对模型进行动力学 分析，得到轴系的模态频率和振型。
1、在实验测试方面，由于测试设备和条件的限制，未能对不同类型和规模 的船舶推进轴系进行全面的测试和分析。因此，未来的研究可以进一步拓展实验 测试的范围，以验证方法的普适性和有效性。
船舶柴油机的轴系扭转振动的分析与研究
船舶柴油机的轴系扭转振动的分析与研究【摘要】本文通过一些国内因轴系扭转振动而引起的断轴断桨的事故实例，来分析引起轴系扭转振动的主要原因，分析扭振主要特性，并提取一些减振和防振的基本控制措施。
【关键词】船舶柴油机轴系扭振危害分析措施在现代船舶机械工程中，船舶柴油机轴系扭转振动已经成为一个很普遍的问题，它是引起船舶动力装置故障的一个很常见的原因，国内外因轴系扭转而引起的断轴断桨的事故也屡见不鲜，随着科学水平的提高和航运业的发展，人们越来越重视船舶柴油机组的轴系扭转振动，我国《长江水系钢质船舶建造规范》和《钢质海船入级与建造规范》（简称《钢规》）和也均规定了在设计和制造船舶过程中，必须要向船级社呈报柴油机组的轴系扭转振动测量和计算报告，以此来表明轴系扭转振动的有关测量特性指标均在“规范”的允许范围内。
1 船舶柴油机轴系扭转振动现象简介凡具有弹性与惯性的物体，在外力作用下都能产生振动现象。
它在机械，建筑，电工，土木等工程中非常普遍的存在着。
振动是一种周期性的运动，在许多场合下以谐振的形式出现的，船舶振动按其特点和形式可分为三种，船体振动，机械设备及仪器仪表振动，和轴系振动。
船舶柴油机轴系振动按其形式可分为三种：扭转振动，纵向振动，横向振动。
柴油机扭转振动主要是由气缸内燃气压力周期性变化引起的，它的主要表现是轴系上各质点围绕轴系的旋转方向来回不停的扭摆，各轴段产生不相同的扭角。
纵向振动主要是由螺旋桨周期性的推力所引起的。
横向振动主要是由转抽的不平衡，如螺旋桨的悬重以及伴流不均匀产生的推力不均匀等的力的合成。
船舶由于振动引起的危害不但可以产生噪音，严重影响旅客和船员休息，还会造成仪器和仪表的损害，严重的时候甚至出现船体裂缝断轴断桨等海损事故，直接影响船舶的航行安全。
而在船舶柴油机轴系的三种振动中，产生危害最大的便是扭转振动，因扭转振动而引起的海损事故也最多，因此对扭转振动的研究也最多。
而且当柴油机轴系出现扭转振动时，一般情况下，船上不一定有振动的不适感，因此这种振动也是最容易被忽视的一种振动形式，一旦出现扭转振动被忽视，往往意味着会发生重大的事故。
船舶轴系扭振计算与测量分析简介
船舶轴系扭振计算与测量分析简介高莹莹(青岛齐耀瓦锡兰菱重麟山船用柴油机有限公司技术部)摘要：随着现代船舶计算的发展,船舶轴系扭转振动成为船舶动力装置安全运行的重要因素之一,各船级社规范也对船舶轴系扭振提出了计算和实测的要求，本文结合实例对船轴系用霍尔茨法进行自由振动计算和采用能量法进行共振计算进行了简单介绍,结合实船的扭振测量的结果和理论计算结果进行对比分析.结果表明,采用精确的原始轴系数据和柴油机参数,使得扭振计算的理论结果和实测结果非常吻合,本船的理论计算值符合实船状况,转速禁区设定正确.关键词:当量系统霍尔茨法能量法测量修正随着船舶工业的发展,造船数量和吨位不断增大,造船行业对造船技术的工艺和质量要求越来越高。
高质量、高效率的生产设计离不开现代化的技术支持。
然而船舶柴油机轴系的扭转振动是影响船舶动力装置安全运行的重要动力特性之一。
轴系振动计算不但对深入研究船舶推进轴系的可靠性、安全性、用于动力装置故障诊断等具有重要意义，而且是船舶推进轴系设计、制造、安装和检验比不可少的环节之一，为推进装置可靠安全运行提供了有力保障。
基于此，本文结合一30万吨VLCC船舶的轴系实例对船舶柴油机扭振计算和测量分析做了简要的概述。
1，当量系统的转化根据有关轴系振动理论，船舶柴油机及推进轴系实际就是一个多质量有阻尼强迫振动系统。
实际计算分析中，可以将其转化成为若干用无惯量的轴连接起来的集中质量系统，称之为当量扭振系统。
为了使转化后的当量扭振系统能代表实际的轴系的扭振特性，一般要求：当量扭振系统的固有频率应与实际系统的固有频率基本相等；其振型与实际的振型相似。
如下图Fig.1为一30万吨VLCC油轮轴系的当量扭振系统模型。
该船安装的是瓦锡兰7RT-flex82T电喷柴油机，主机的额定功率31640Kw，额定转速80rpm。
中间轴长9927mm，直径700mm，抗拉强度为590N/mm2;螺旋桨轴长10233mm，艉轴承处直径850mm，抗拉强度为590N/mm2。
船舶振动设计实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解船舶振动的基本原理和影响因素。
2. 掌握船舶振动测试方法及数据处理技术。
3. 分析船舶振动特性，优化船舶结构设计。
二、实验原理船舶振动是指船舶在航行过程中，由于各种因素（如波浪、风力、发动机等）引起的船体、船舱等结构的振动现象。
船舶振动不仅影响船舶的舒适性和安全性，还可能对船体结构造成损害。
本实验旨在通过振动测试和分析，了解船舶振动特性，为船舶结构设计提供依据。
三、实验仪器与设备1. 振动测试仪：用于测量船体、船舱等结构的振动加速度、速度和位移。
2. 激励器：用于模拟船舶在航行过程中受到的波浪、风力等激励。
3. 数据采集系统：用于采集振动测试仪的信号，并进行实时处理和分析。
4. 船舶模型：用于模拟实际船舶的振动特性。
四、实验步骤1. 搭建实验平台：将船舶模型固定在实验台上，连接振动测试仪、激励器和数据采集系统。
2. 设置实验参数：根据实验要求，设置激励器的频率、幅值等参数，以及振动测试仪的采样频率、采样点数等参数。
3. 进行振动测试：启动激励器，模拟船舶在航行过程中受到的激励，同时采集振动测试仪的信号。
4. 数据处理与分析：将采集到的信号传输到数据采集系统，进行滤波、频谱分析等处理，得到船舶振动特性参数。
5. 优化船舶结构设计：根据振动特性参数，分析船舶结构设计中的不足，提出改进措施。
五、实验结果与分析1. 振动加速度测试结果：通过振动测试仪采集到的振动加速度信号，可以看出船舶在航行过程中，船体、船舱等结构的振动加速度较大，尤其在波浪激励下，振动加速度更为明显。
2. 振动速度测试结果：振动速度测试结果表明，船舶在航行过程中，船体、船舱等结构的振动速度也较大，且随频率的增加而增大。
3. 振动位移测试结果：振动位移测试结果表明，船舶在航行过程中，船体、船舱等结构的振动位移较大，尤其在波浪激励下，振动位移更为明显。
六、结论1. 本实验验证了船舶振动测试方法的有效性，为船舶结构设计提供了依据。
船舶轴系的振动与控制分析船舶专业毕业设计毕业论文
船舶轴系的振动与控制分析摘要本文主要进行船舶轴系振动的模态分析（固有频率与固有振型），通过MATLAB 平台实现了船舶轴系纵向振动模态计算的通用程序，并且分别应用该通用程序与ANSYS中的模态分析计算了船舶轴系扭转振动与纵向振动（给定轴系）的模态，并对所计算的结果进行了对比与分析。
同时，本文也介绍了船舶轴系强迫振动的计算以及船舶轴系振动的控制分析。
本文以船舶推进轴系的振动为研究对象，查阅了国内外大量文献，首先介绍了船舶推进轴系振动的分类，接着以一种通俗的方式阐述了各种振动的机理。
其次论述了轴系振动计算的几种常用的方法：霍尔兹法、传递矩阵法与有限元法。
接着论证了传递矩阵法的可用性，以及在什么情况下使用该方法可以达到所需的精度要求。
然后通过MATLAB平台实现了船舶轴系振动（包括扭转振动与纵向振动）的通用程序。
紧随其后，使用该程序计算了一个扭转振动与纵向振动的实例，再后来使用ANSYS对同样的例子进行了计算分析，通过比对，证实了通过MATLAB平台实现的通用程序计算的结果是令人满意的。
随后介绍了轴系的强迫振动及计算强迫振动的传递矩阵法，并给出了该方法的一个简单的算例，之后介绍了避振的几种思路。
最后对研究成果和有关问题进行了总结，对研究中的不足作了说明，对今后的工作做出了展望。
关键词：纵向振动，传递矩阵法，有限元法，通用程序，强迫振动Analysis of Vibration and ControlOn Ship ShaftingAbstractThis paper is mainly researching the vibration characteristics on ship shafting (natural frequencies and mode shapes). Through the platform of MATLAB, we get the general program which can calculate the mode of the longitudinal vibration and torsional vibration on ship shafting, and using this general program, an instance is calculated. ANSYS is applied to, too. And then both of the calculated results were compared and analyzed. At the same time, the paper also describes the calculation of the forced oscillation of ship shafting and the analysis of ship shaft vibration control.In this paper, viewing vibration of ship propulsion shafting as the research object, I consulted relevant data at home and abroad. First, I have introduced the classification of ship propulsion shafting vibration, and then described in a easy manner to various vibration mechanism.Next, several commonly used methods to vibration calculations are discussed: the Holzer method, the transfer matrix method and the finite element method.Then the availability of the transfer matrix method is demonstrated, and also is the required precision when we can achieve by the method.After that, through the platform of MATLAB, we get the general program which can calculate the mode of the vibration (including the longitudinal and the torsional vibration) vibration on ship shafting. Then we use the general program to calculate an instance of longitudinal and torsional vibration. And then we use ANSYS to calculate the same example. By comparison, we confirm the results by the general program through MATLAB platform are satisfactory.Then we introduce the forced vibration of ship shafting and the transfer matrix method of the forced vibration, and a simple example is showed, after that we introduce several ideas to avoid vibration.Finally, a summary about the achievement and problems is presented. An explanation of imperfectness in the study and pieces of advisement for the future work is given.Key words: Longitudinal Vibration，Transfer Matrix Method，Finite Element Method，General Program, Forced Vibration目录摘要........................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................. I I 目录 ................................................................................................................ III 一绪论 (1)1.课题研究的目的和意义 (1)2.国内外研究概况 (2)3.本文主要工作 (3)二船舶轴系振动简介 (5)1.纵向振动 (5)2.扭转振动 (6)3.回旋振动 (7)三轴系振动计算方法 (9)1.霍尔兹（Holzer）法 (9)2.传递矩阵法 (11)3.有限元法 (19)四轴系振动通用程序实现 (23)1.船舶轴系的构造 (23)2.轴系振动通用程序实现 (25)3.轴系振动通用程序的应用与检验 (28)五船舶轴系振动的控制 (46)1.船舶轴系的强迫振动 (46)2.船舶轴系强迫振动的传递矩阵法 (46)3.强迫振动算例 (48)4.船舶轴系避振措施 (50)六总结 (52)1.结论 (52)2.设计评价和展望 (52)致谢 (53)附录 (54)参考文献 (62)一绪论1.课题研究的目的和意义声明：本论文中除特殊说明之外出现的所有物理量的单位均为国际制单位，即长度为米，时间为秒，质量为千克等。
推进轴系纵向振动主动控制试验研究
华中科技大学硕士学位论文摘要潜艇在国家海域防卫方面起着至关重要的作用，振动与噪声是潜艇性能的一项关键参考指标。
潜艇的动力轴系为潜艇提供推进力，在此工作过程中，轴系纵向所受的外激振力产生纵向振动，对潜艇的隐蔽性和动力性能造成极大的影响，因此，研究轴系的纵向振动控制尤为关键。
目前对轴系纵向振动的控制方法采用较多的是被动控制，主动控制研究较少，大多数还处在理论阶段。
本文主要针对轴系的纵向振动控制这一课题，从振动的主动控制方面入手，围绕压电材料在此领域的应用进行了探索，着手搭建了基于堆叠式压电作动器的轴系纵向振动主动控制试验平台，并进行了实验研究。
具体内容如下：（1）建立了轴系系统物理模型，分别介绍了分布参数法和集总质量法，并通过这两种方法对轴系模型进行了分析，获得了对轴系振动特性起主要影响作用的低阶固有频率。
（2）设计了基于压电材料的主动控制试验平台，搭建了以压电作动器为控制力驱动元件的驱动结构，对主动控制方法进行了介绍，提出了本文所采用的基于经典控制理论的主动控制方案，即基于PID算法的主动控制方案。
并对整个实验平台的设计进行了详述，包括主动试验平台的结构设计以及控制系统的设计。
（3）完成了基于压电材料的主动控制试验平台的仿真以及试验，通过对搭建的试验平台振动特性进行分析，推导了轴系系统在参考面处的系统响应关系，利用MATLAB编程，对系统的减振效果进行了仿真分析，获得了两个减振效果较好的频率点，分别为161HZ、362HZ；根据仿真获得的两个频率点，进行定频激振，分别完成主动控制实验，实验结果表明：主动控制对试验平台的纵向振动减弱效果分别能达到16.6%、28.2%，因此可以得知，基于PID算法的轴系纵向振动主动控制有较好的效果。
关键词：纵向振动，压电材料，主动控制，PID算法华中科技大学硕士学位论文AbstractSubmarine plays an important role in the defense of national sea area.Vibration and noise are a key reference index of submarine performance.The dynamic shafting of a submarine provides propulsion for the submarine.In this process,the longitudinal vibration of the shafting caused by the external exciting force exerts a great influence on the concealment and dynamic performance of the submarine.Therefore,the study of the longitudinal vibration control of the shafting is particularly critical.At present,the passive control is the most widely used method to control the longitudinal vibration of shafting,while the active control research is less,and most of them are still in the theoretical stage.In this thesis,aiming at the problem of longitudinal vibration control of shafting,starting from the active control of vibration,the application of piezoelectric materials in this field is explored.A test platform for active vibration control of shafting based on stacked piezoelectric actuators is built and experimental research is carried out. The details are as follows:(1)The physical model of shafting system is established,and the distributed parameter method and lumped mass method are introduced respectively.The shafting model is analyzed by these two methods,and the low-order natural frequencies,which play a major role in shafting vibration characteristics,are obtained.(2)An active control test platform based on piezoelectric material is designed,and a driving structure with piezoelectric actuator as the driving force is built.The active control method is introduced.The active control scheme based on classical control theory, which is the active control scheme based on PID algorithm,is proposed in this paper.The design of the whole experimental platform is described in detail,including the structure design of the active test platform and the design of the control system.(3)The simulation and experiment of the active control test platform based on piezoelectric materials are completed.Through the analysis of the vibration characteristics of the test platform,the system response relationship of the shafting system at the reference plane is deduced.By using MATLAB programming,the vibration reduction effect of the system is simulated and analyzed,and two frequency points with华中科技大学硕士学位论文better vibration reduction effect are obtained,which are161HZ and362HZ respectively. According to the two frequencies obtained by simulation,fixed frequency excitation is carried out and active control experiments are completed respectively.The experimental results show that the effect of active control on reducing the longitudinal vibration of test platform can reach16.6%and28.2%respectively.Therefore,it can be known that the active control of longitudinal vibration of shafting based on PID algorithm has better effect.Key words：Longitudinal vibration,piezoelectric material,active control,PID algorithm华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (IV)1绪论 (1)1.1课题来源 (1)1.2课题研究背景与意义 (1)1.3国内外主要研究现状 (3)1.4本文的主要工作内容 (6)2船舶推进轴系振动特性分析 (7)2.1引言 (7)2.2轴系模型的建立 (8)2.3模型特性的分析 (8)2.4本章小结 (19)3基于压电材料的主动控制试验平台的整体设计 (20)3.1引言 (20)3.2基于压电材料的主动控制试验平台的结构设计 (21)3.3振动主动控制方法 (32)3.4基于压电材料的主动控制试验平台的控制系统设计 (39)3.5本章小结 (46)华中科技大学硕士学位论文4基于压电材料的主动控制试验平台的仿真及试验研究 (47)4.1引言 (47)4.2轴系纵向振动控制仿真 (47)4.3主动控制试验 (59)4.4对比分析 (66)4.5本章小结 (67)5总结与展望 (68)5.1全文工作总结 (68)5.2主要创新点 (69)5.3研究展望 (69)致谢 (70)参考文献 (71)华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1课题来源该研究课题获得了来自华中科技大学与第七〇一所的合作课题的大力支持，该合作课题为：轴系振动控制设备研制及轴系试验。
船舶轴系振动教学演示实验台架设计与实验分析
频谱 、 纵振频谱等关键 实验环节进行 了比对分析 和讨论 ， 得出了船舶轴 系振 动教 学演示 实验 台架 的可用
性 和 可 比性 。
关ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
键
词： 船 舶轴 系 ； 振动 ； 实验 台架 ； 教学演示
文 献 标 志码 ： Ａ
中 图分 类 号 ： ０ ４ － ３ ３
船舶轴 系 是船舶 动力 装置 中 的重要组 成部 分 之一 ， 承担 着将 船 舶 主 机发 出 的功 率传 递 给螺 旋 桨， 同时将螺旋桨产生的轴 向推力传递 给船体实 现推 船航行 作 用 。船 舶轴 系振 动是 船舶普 遍存 在 的客 观现象 ； 由于船舶 主 机 的工 况变 化 ， 不 同阶段 会 产 生不 同程 度 的振 动 ， 当其 振 动 系统 固有 频 率 与激 发频 率相 同 ， 就会 产 生 共 振 。对 于大 功 率 推 进装 置 ， 即使 不处 于 共振 状 态 ， 由于激 励 增 大 ， 也 可能 引起 剧烈 的振 动 ； 从 而 会 导致 轴 应 力 （ 扭矩 ） 呈周 期性 变化 ， 将引起 轴 系本身 及其 零件 疲劳 ， 严 重 时将发 生轴 的断裂 ， 造 成重 大 、 甚 至灾难 性 的后 果 。因此 ， 船舶 轴 系振动 问题 ， 成 为 轮机工 程 专业 技术 人员 的关 注 点 ， 也是 轮 机 工 程 学科 专 业 教 学 的一 个重 要 内容 ， 且 属于 专业 教学 重点 和难点 。 为 了在教 学环节 中 ， 更形象 描述 、 理解 和分 析 船舶 主推 进轴 系振 动形 式 、 特 点及规 律 ， 提高学 生 对轴 系振 动特 性 的认 识 ， 锻 炼 科 学分 析 和解 决 轮 机工 程 问题 的能 力 ； 一般 都 会 在 船 舶轴 系振 动 理 论教 学基 础上 ， 开设 对应 的实 验项 目。通 过实 验 ， 学生 可独立 自主 的完 成 轴 系 振 动数 据 的采 集 、 分 析， 感性 、 直观 地认识 和 理解船 舶轴 系振 动 内在形 式及 特性 ， 从 而有 助 于学 生 对 轮 机 专业 知识 的理 解并 培养 其独 立分 析和解 决 问题 的能力 。
船舶推进轴系纵向振动模拟装置的振动测试与分析
船舶推进轴系纵向振动模拟装置的振动测试与分析王家盛刘耀宗（国防科学技术大学机电工程研究所，湖南长沙 410073）摘要：说明了开展船舶减振降噪技术研究的重要意义；基于实验室搭建的模拟船舶推进轴系纵向振动的实验装置，对由螺旋桨推力引起的轴系纵向振动特性进行了测试；介绍了阶比分析的相关概念，并采用常规谱分析和阶比分析的方法对测得的振动信号进行了分析；研究了在螺旋桨激励下轴系纵向振动的特性，为开展船舶推进轴系纵振减振技术的研究提供了依据。
关键词：轴系；纵向振动；振动测试；阶比分析Test and Analysis of Axial Vibration Hypostatic Test Rig of TheShip’s Propelling ShaftingWang Jia sheng Liu Yao zong(Institute of Mechanical Engineering, National University ofDefense Technology, Hunan Changsha 410073)Abstract: Describe the importance to carry out the researches of the vibration and noise reduction technology of ships; Based on the hypostatic test rig to simulate axial vibration of the ship’s propelling shafting which is built in the laboratory, test the axial vibration of the shafting caused by the thrust of the screw propeller; Introduce the related concepts of order analysis, and use the methods of conventional spectrum analysis and order analysis to analyze the measured vibration signals. Study the characteristics of the axial vibration of the shafting promoted by the screw propeller, which provides the basis for researches of the axial vibration reduction technology of the ship’s propelling shafting.Keywords: Shafting; Axial Vibration; Vibration Testing; Order Analysis引言随着舰船的高速化、大型化，由于轴系转动部件的不平衡及螺旋桨在不均匀流场中工作所产生的脉动推力引起的纵向振动日趋剧烈[1]，振动通过支承传递到外壳上，由此而产生的声辐射严重影响了舰艇的隐声性能。
船舶模拟轴系扭振试验台的研制
收稿日期:2002-11-22作者简介:王炳辉(1969)),男,实验师1基金项目:宁波市科技攻关项目代号:00N0401号1船舶模拟轴系扭振试验台的研制王炳辉,冯志敏,王 颖,胡志钢(宁波大学海运学院,宁波 315211)摘 要:本文在喷油泵调试台上安装船舶模拟轴系和各种非接触式传感器,改造成船舶模拟轴系扭振试验台进行有效的探索。
模拟轴系按实船轴系进行比例缩小进行设计与核校,轴系的分析与监测软件采用VB 程序进行编程。
研究表明,该试验台是船舶模拟轴系进行扭振测试、故障设置与诊断研究的重要工具。
关键词:喷油泵调试台;轴系扭振;测试与分析;VB中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1002-4956(2003)05-0059-05船舶轴系主要由柴油曲轴、飞轮、中间轴、尾轴(输出轴)、螺旋桨等组成,轴系扭转振动是船舶轴系常见的振动形式之一,其中,内燃机曲轴振动是引发船舶发动机结构和动力装置振动及噪声的主要激励源。
当作用在轴上的扭矩发生变化时,将使轴系发生扭振。
扭振发生时,轴的应力状态周期性地变化,这将引起轴本身及轴上零件的疲劳,严重时将发生轴的断裂,造成重大的、甚至是灾难性的事故。
此外,扭振还使机器的运行平稳性受到破坏,造成一些其它不良影响。
因此,内燃机轴系的扭转振动成为影响的船舶动力装置安全运行的重要性能之一,许多国家的船检机构规定:/大于150马力的内燃机装置的扭振计算和测量资料必须向该组织提出审批0,当扭振各项数据超出规定时,不准出厂使用。
船舶航行在海上,轴系空间小,传感器安装不便等不利因素,直接影响科研人员进行船舶轴系扭振的研究。
并且,不可能在现场进行各种破坏性的故障设置与诊断,在此基础上提出预防措施。
因此,如何在实验室进行船舶模拟轴系进行仿真研究,是船舶轴系研究的一条有效的途径。
本文利用实验室原有的喷油泵试验台,在试验台上设计安装船舶模拟轴系,改装成为船舶轴系扭振测试台进行研究性探索,并取得成功,现将轴系模拟试验台简要介绍。
基于振动测量的船舶首侧推振动特征及原因分析
基于振动测量的船舶首侧推振动特征及原因分析作为船舶工程学的重要分支，振动测量技术在船舶研发中扮演着非常重要的角色。
在船舶日常运行和维护过程中，振动的性质和特征都会直接影响到船舶结构和设备的安全和稳定性。
船舶首侧推振动一直是船舶振动测量中的重要方面。
在这篇文章中，我们将探讨船舶首侧推振动的特征及其原因分析。
首先，船舶首侧推振动是指在船舶航行过程中，船体前部受到的推力会产生一种连续的振动运动。
这种振动运动通常是一个谐波振动，与推力的频率相对应。
有几个因素可以影响船舶首侧推振动的特征，包括船体结构、船舶推进器的类型和位置以及航行速度等。
其次，船体结构对船舶首侧推振动的影响很大。
船体结构的刚度和强度会对振动的频率和振幅产生影响。
通常，船体前部的结构比较柔软，推力作用下就容易出现振动。
此外，船舶的下水线形状也会影响振动的特性。
例如，在大型油轮中，弯曲的下水线形状会增加船体的柔韧性，可能会导致更高的振幅。
船舶推进器的类型和位置也会对船舶首侧推振动产生影响。
在传统的推进器中，螺旋桨是主要的推进器类型。
然而，当船舶超过一定长度后，螺旋桨的效率会下降，并且由于推力的不均匀分布，可能会导致船舶首侧推振动。
近年来，喷水推进技术得到了广泛应用。
相对于传统的螺旋桨推进，喷水推进有较好的水动力性能和更均匀的推力分布，相应地，船舶首侧推振动的现象也得到了减轻。
最后，航行速度也是影响振动的重要因素之一。
船舶的航行速度会影响振动的频率和幅度。
通常，当船舶航行速度超过临界速度时，振动的频率和振幅会剧烈增加。
因此，在设计船体结构和选择推进器时，需要考虑航行速度对振动的影响。
总之，船舶首侧推振动是船舶振动测量中的一个重要方面。
船体结构、推进器类型和位置以及航行速度都会对船舶首侧推振动特征产生影响。
通过合理的设计和使用技术手段，我们可以减轻或消除振动问题，确保船舶结构和设备的安全和稳定性。
为了更好地分析船舶首侧推振动的特征，我们可以通过振动传感器等技术手段来收集船舶的振动数据。
船舶轴系振动研究
船舶轴系振动研究船舶轴系振动研究一、引言船舶轴系振动是指船舶轴系统在运行过程中发生的振动现象。
船舶的轴系由主机、轴、轴承、减速器等组成，其运行状态和振动特性对航行安全和机械寿命具有重要影响。
本文将探讨船舶轴系振动的研究现状、影响因素以及振动控制手段，以期为船舶设计和运行提供参考。
二、研究现状1. 轴系振动的定义与分类船舶轴系振动可分为弦振动和扭振动两类。
弦振动是指轴系在弯曲载荷作用下发生的振动，其频率与轴的弹性特性有关。
扭振动则是轴系在扭矩作用下发生的振动，其频率与主机输出转速相关。
2. 振动特性的研究方法为了研究船舶轴系振动特性，常采用模态分析和频域分析等方法。
模态分析通过计算轴系的固有频率和振型，揭示了其特征。
频域分析则通过将时域信号变换到频域，得到频率成分的谱分析图，可以深入了解振动的频率分布特性。
三、影响因素1. 轴系结构与材料轴系的结构参数和材料强度对振动具有重要影响。
合理的轴系设计和材料选择能够减小振动幅度和频率，提高航行平稳性。
2. 主机质量分布和转速控制主机的质量分布和转速控制方式会对轴系振动产生显著影响。
合理设计主机及其配套设备，细致调节主机转速能够减小振动幅值和频率。
3. 轴承刚度和润滑状态轴承的刚度和润滑状态也是造成振动的重要因素。
适宜的轴承刚度和润滑方式可减小振动，并提高轴系的稳定性和寿命。
四、振动控制手段1. 结构优化设计轴系结构的优化设计可以减小振动幅值和频率，提高航行平稳性。
通过调整轴的形状、材料、连接方式和支承方式等，可以改善轴系的振动特性。
2. 动平衡技术动平衡是消除轴系振动的重要措施之一。
通过在轴上加重或减重，使轴系在运行时达到平衡状态，减小振动幅度和频率。
3. 振动控制装置安装振动控制装置可以减小轴系振动。
例如，在轴上安装阻尼器或减振器，能够吸收振动能量和调节振动频率。
五、结论船舶轴系振动对航行安全和机械寿命具有重要影响。
通过研究轴系振动的特性和影响因素，可以采取合理的控制手段，减小振动幅值和频率，提高航行平稳性和机械性能。
大型船舶轴系回旋振动特性的模拟计算及实测
大型船舶轴系回旋振动特性的模拟计算及实测周飞云【摘要】For super-large vessels,the vertical bending stiffness of thehull,especially the stem part,is relatively low.Meantime,vessels often use large and multi-blade propellers for higher efficiency.The combination of the two factors cause higher bending moment and lower whirling vibration characteristic frequency of the shafting system,which gets near to the frequency induced by the propeller.There is a possibility of resonance.The calculating and measurement of propulsion shafting whirling vibration is not defined in the classification rules.The propulsion shafting whirling vibration of a large container ship using transfer matrix method is calculated and the result is compared to the measurements.Analysis indicates that there exist two resonance points in the range of operation revolution,which demonstrates the necessity of whirling vibration check for large vessels with long shafting system or special shafting system designs.%船舶的大型化发展使得船体(特别是船尾)的刚度有所下降;同时,为提高推进效率而采用大规格多叶片的大型螺旋桨,导致轴系的弯曲力矩增大,推进轴系回旋振动固有频率降低并与螺旋桨在水中的激振频率接近,有引发回旋共振的可能,而船级社规范没有对这类船舶的推进轴系回旋振动的计算测量作出要求.利用传递矩阵法对某大型集装箱船轴系回旋振动进行建模分析,并与实船测量结果相对比.通过对比分析发现,在主机正常转速范围内存在二次回旋共振点,因此对于一些长轴系大型船舶及特殊推进轴系船舶而言,应在主机常用转速范围内进行轴系回旋振动的测量分析,确保轴系安全、有效运转.【期刊名称】《中国航海》【年(卷),期】2017(040)004【总页数】5页(P30-33,38)【关键词】回旋振动;推进轴系;固有频率;振动模型【作者】周飞云【作者单位】中国船级社福州分社,福州350008【正文语种】中文【中图分类】U664.21船舶推进轴系振动通常有扭转振动、纵向振动和回旋振动等3种形式。
船舶轴系振动教学演示实验台架设计与实验分析
船舶轴系振动教学演示实验台架设计与实验分析
刘夏青;温小飞;张怀越;秦旭
【期刊名称】《大学物理实验》
【年(卷),期】2013(026)005
【摘要】通过船舶轴系振动理论和实践特点的分析,设计和制作了船舶轴系振动教学演示实验台架.同时,在教学演示实验台架与实船之间开展了比对实验,在船舶轴系振动信号、轴系扭振频谱、横振频谱、纵振频谱等关键实验环节进行了比对分析和讨论,得出了船舶轴系振动教学演示实验台架的可用性和可比性.
【总页数】4页(P34-37)
【作者】刘夏青;温小飞;张怀越;秦旭
【作者单位】浙江海洋学院,浙江舟山316000;浙江海洋学院,浙江舟山316000;浙江海洋学院,浙江舟山316000;浙江海洋学院,浙江舟山316000
【正文语种】中文
【中图分类】O4-33
【相关文献】
1.基于磁流变弹性体的船舶轴系纵振动力吸振器的实验研究 [J], 杨志荣;卢坤;饶柱石;于洪亮
2.基于实验台架的某机枪实验模态分析研究 [J], 崔云鹏;潘宏侠;王志军
3.自供电式船舶轴系振动监测装置设计 [J], 徐雨琴;董良雄;陈天然;俞嘉阳
4.振动的分解之教学演示实验 [J], 张祥雪
5.船舶轴系横向振动共振转速的实验 [J], 王传溥;刘志刚;张洪田;张文平;张天元;陈泽智
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船舶尾轴系统固有振动特性分析
( 1. 海军工程大学 船舶与动 力学院 , 武汉 430033; 2. 海军 4806 厂监修室 , 浙江 舟山 316000) 摘 要 : 采用 CAD/ CAE 综合分析 方法 , 建立了模态 分析的数 学模型 , 结合 I DEAS 和 H yperM esh 软件
的辅助建模和网格划分功能 , 在 AN SY S 中分析了某船舶尾轴 系统不 同转速时 的结构 固有振 动特性 , 总结 出 模态频率受旋转软化效应和应力刚化效应影响随转速变化的规律。 关键词 : I DEA S; H y perM esh; AN SY S; 螺旋桨 ; 有限元 ; 模态 中图分类号 : T H 133 文献标志码 : A
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固有振动特性分析
在 ANSYS 中 可以设 置机 械的旋 转陀 螺效
应, 从而提高了 ANSYS 对旋转结构的转子动力 学分析的能力。在具有不同转速的多载荷步模态 分析中, 可以显示固有频率的变化[ 6] 。接触问题 在模态分析中是一个不可回避而又无法根本解决 的问题, 接触是一个非线性过程, ANSYS 对于有 接触系统的模态分析采取了预分析初始接触刚度 并应用于模态分析刚度矩阵的类似弹簧约束的办 法, 在弱非线性系统模态分析中能够较好 地保证 解的精度 , 避免 了由经 验假 设弹 簧刚 度引入 的 误差。文中 所分析 的尾 轴系 统中 轴与 轴承、 尾 轴密封 的 接触 力 的 变化 以 及变 形 量 的变 化 较 小, 在满足初始接触刚度的情况 下, 可以 保证较 好的精度。 2. 1 惯性载荷预分析 对尾轴系统模态求解之前要对其桨轴旋转的
第 37 卷 第 2 期 2008 年 4 月 文章编号 : 1671 7953( 2008) 02 0083 03
某型工作船轴系振动特性及响应分析
某型工作船轴系振动特性及响应分析苏朝君;李梓;徐逸然【摘要】To assess the impact of a working ship shafting bearing parameters on the vibration characteristics , the modal a-nalysis and harmonic response are computed by FEM for the shafting to investigate the influence of the thrust bearing longitudinal stiffness, the after stern bearing support stiffness and position upon the natural frequencies , as well as the shafting vibration re-sponse.The numerical results show that the main thrust bearing longitudinal stiffness affects the longitudinal natural frequency of shafting, the after stern bearing stiffness impact medium and high natural frequency , the after stern bearing position impact low , medium and high natural frequency , the maximum displacement in place after stern bearing under exciting force .Some sugges-tions are proposed to optimize the bearing parameters on shafting design process so as to reduce the risk of abnormal vibration .%为了评估某工作船轴系轴承参数变化对振动特性的影响，利用有限元软件进行轴系建模、模态和谐响应计算，分析推力轴承纵向刚度、后艉轴承支撑刚度和位置变化对固有频率的影响，并计算轴系的振动响应。
船弹性支撑轴系振动特性研究
船弹性支撑轴系振动特性研究摘要：船舶轴受螺旋桨力、转子自身惯性不均以及主机侧激光枪战力的影响。
这将产生振动能量，通过支承结构使外壳摆动，从而影响船舶的不可见性。
阻尼电阻技术的主要优点是将主机线和轴线布线到柔性结构上，然后通过底部具有足够刚度的阻尼器降低振动能量。
但是弹性支撑结构的低刚度改变了阻尼段的动力学，使得隔热层的激励变得更加复杂，主轴圈变得更窄，理论上导致频率降低，影响了轴向系统的安全性。
本文主要分析了船舶弹性承载波的振动特性。
关键词：舰船轴系；弹性支撑；振动特性；模态验证；耦合振动引言船舶的螺旋桨保护杆是发动机和螺旋桨动力传输以及螺旋桨推进传输的重要组成部分。
当轴由主动件(如发动机或螺旋桨)的振动驱动时，可能会发生振动，如果轴系统设计不正常，可能会导致异常振动，从而导致机械故障和机身异常振动。
本地轴流防护船的设计大多采用木材法或传输矩阵上开发的方法，计算结果通常不准确。
当计算结果符合规范要求时，船舶动力系统中经常会出现异常振动。
以工作船轴设计为设计背景，引入了有限元方法，分析了轴承参数变化对轴固有频率的影响以及轴对激励的响应，并研究了轴振动控制设计的建议。
1、某型工作船推进轴系简介上述交货项目建造了一系列用于统一国家规划的新型船舶，其中主要运输系统是两个桨，通过高度弹性离合器装置连接到变速器的输入轴，并将变速器装备为单、双出口。
主轴转速使主轴驱动后的主要输出随螺旋桨移动，左机翼车轮或右机翼车轮的PTO输出通过高度弹性的离合器驱动火焰泵或轴生成器。
由于曲轴系统很长，螺旋桨支架通过人体支架远离机身，曲轴结构薄弱，使轴系统易受外部冲击异常振动的影响，因此在轴系统的规划阶段需要振动功能及相应的实例研究。
动力系统的主要组成部分是螺旋桨座椅、螺旋桨扩展、中心轴、轴向保护轴和轴承。
轴向振动的主要驱动力是发动机活动应力、传动应力和螺旋桨应力。
主要原因是螺旋桨仿真发生在船舶的非均匀流场上，造成非均匀冲击、变扭矩和弯曲力矩，构成船舶绳索的主要动力来源。
船舶轴系振动研究
船舶轴系振动研究引言随着全球贸易和交通的发展，船舶运输作为重要的水上交通方式，扮演着越来越重要的角色。
然而，船舶运行过程中可能会遇到各种问题，其中船舶轴系振动问题尤为突出。
船舶轴系振动不仅影响船舶的运行效率和安全性，还可能对船体结构造成损害，因此对于船舶轴系振动的研究显得尤为重要。
相关研究在过去的几十年中，船舶轴系振动问题已经引起了国内外学者的广泛。
他们针对船舶轴系的振动特性、影响因素以及控制方法等方面进行了深入研究。
研究结果表明，船舶轴系振动主要受到螺旋桨、船体结构、轴系不平衡等多种因素的影响。
此外，船舶轴系振动问题不仅涉及到船舶运行过程中的稳定性，还与船体结构的疲劳损伤密切相关。
研究方法本文采用理论分析与实验研究相结合的方法，对船舶轴系振动问题进行深入研究。
首先，利用有限元分析软件对船舶轴系进行建模，并进行模态分析以获取轴系的固有振动特性。
其次，通过实验测试，获取船舶轴系在运行过程中的振动数据，包括振动位移、速度和加速度等。
最后，对实验数据进行频域和时域分析，探讨船舶轴系振动的内在机制。
实验结果与分析实验结果表明，船舶轴系振动主要集中在低频区域，高频区域的振动幅度较小。
通过对实验数据的频域分析，发现船舶轴系振动主要表现为纵振和横振，且两者之间存在耦合现象。
此外，实验结果还显示，船舶轴系振动的幅值和频率受到螺旋桨转速、负荷等因素的影响。
在时域分析方面，研究发现船舶轴系振动具有非线性特性，且在不同工况下表现出明显的复杂性。
通过对实验数据的详细分析，发现船舶轴系振动主要受到轴系不平衡、螺旋桨激振力等多种因素的影响。
此外，船体结构的固有振动特性和阻尼比对船舶轴系振动也有重要影响。
讨论根据实验结果和分析，本文对船舶轴系振动的原因进行了深入探讨。
研究发现，船舶轴系振动主要受到螺旋桨激振力、轴系不平衡等因素的影响。
为了有效控制船舶轴系振动，可以从以下几个方面入手：1、优化螺旋桨设计，减小螺旋桨的激振力。
通过改变螺旋桨的叶片形状、数目等参数，降低螺旋桨运转过程中产生的激振力，从而降低船舶轴系振动的幅度。
船舶复合振动实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景随着我国海洋经济的快速发展，船舶工业得到了长足的进步。
船舶在海洋环境中航行时，会受到各种自然因素的干扰，如风、浪、流等，导致船舶产生振动。
船舶振动不仅影响船员的舒适度，还可能对船舶的结构强度、设备性能产生不利影响。
因此，对船舶进行振动实验，研究其振动特性，对于提高船舶的航行性能和安全性具有重要意义。
本次实验针对一艘中型船舶进行复合振动实验，旨在研究船舶在波浪、风力等环境因素作用下的振动特性，为船舶设计和优化提供理论依据。
二、实验目的1. 研究船舶在波浪、风力等环境因素作用下的振动响应；2. 分析船舶振动的主要影响因素，为船舶设计提供参考；3. 评估船舶的振动性能，为船舶安全航行提供保障。
三、实验方法1. 实验设备：本次实验采用振动测试系统对船舶进行复合振动实验。
测试系统包括振动传感器、数据采集器、分析软件等。
2. 实验环境：实验在船舶平稳航行状态下进行，模拟实际航行环境。
3. 实验步骤：1) 将振动传感器安装在船舶关键部位，如船体、甲板、舱室等；2) 利用数据采集器实时采集振动信号；3) 通过分析软件对振动信号进行处理，分析船舶振动特性。
四、实验结果与分析1. 波浪作用下船舶振动特性：实验结果表明，船舶在波浪作用下，船体、甲板、舱室等部位均存在明显的振动。
其中，船体振动最为显著，其次是甲板和舱室。
波浪频率与船舶振动频率存在一定的相关性，当波浪频率接近船舶振动频率时，船舶振动幅度会显著增大。
2. 风力作用下船舶振动特性：实验结果表明，风力对船舶振动的影响较为复杂。
当风力较小时，船舶振动幅度较小；当风力较大时，船舶振动幅度显著增大。
风力方向与船舶振动方向存在一定的相关性，当风力方向与船舶振动方向一致时，船舶振动幅度会显著增大。
3. 船舶振动影响因素分析：1) 船舶结构设计：船舶结构设计不合理会导致振动传递路径增多，从而加剧船舶振动；2) 船舶重量分布：船舶重量分布不均会导致船舶重心偏移，进而引起船舶振动；3) 船舶设备性能：船舶设备性能不佳会导致设备运行过程中产生振动，进而影响船舶整体振动。