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考虑动态因素的轴系校中技术研究

周海港  
【摘要】:现今国内对船舶轴系校中仅停留在合理校中方法上,对动态因素没有考虑,而国外研究单位已开始对此研究。本文利用有限元及数值计算方法,结合校中计算软件,全面系统提出了波浪力、主机激励力、轴系支撑动刚度和螺旋桨水动力等动态因素对轴系校中的影响计算方法,建立了轴系校中的计算模型,并进行了校中计算,得出一些有价值结论,为考虑动态因素的船舶校中计算提供理论依据和计算方法。本文的主要内容包括以下几方面: (1)模型建立。在有限元计算软件PATRAN中建立1:1某散货船模型,为以后的研究计算打下良好基础。 (2)波浪力影响计算。在PATRAN中利用其本身的PCL语言编制程序,对船体自动高效施加不同相位、不同来浪角度的Airy波(微幅波)波浪力,波浪参数以国标中的大浪为原型,计算了波浪对船体变形的影响程度。并且,所编制的PCL程序可适用于其它船舶有限元模型,可以施加不同吃水、不同相位、不同来浪角度及不同浪级的波浪力,此方法简便高效。 (3)柴油机激振力。总结了柴油机激振力计算方法,找出了柴油机运行中最大外力矩、X型激励力矩和H型激励力矩的阶次,把力施加在船舶有限元模型的主机上计算了其对轴系校中的影响程度。 (4)轴承支撑动刚度。对滑动轴承理论进行分析,并用MATLAB软件计算在柴油机额定工况时艉管前后轴承、中间轴承的油膜刚度;用限元方法计算了艉管前后轴承、中间轴承处船体的动刚度;并建立中间轴承模型,对其动刚度进行计算;最终,计算得出艉管前后轴承、中间轴承轴系支撑处的总动刚度。 (5)螺旋桨水动力。对螺旋桨水动力理论进行了深入研究,详细介绍了用拟定常法计算大型船舶轴系受螺旋桨水动力影响时轴承力的方法,分析了轴承力在不同转速及载荷下的特点,并为在轴系校中中计算其影响提供重要依据。 (6)轴系校中计算。以波浪力影响为例进行校中计算,在Wartsila公司开发的动态校中软件EnDyn中建立某散货船轴系校中模型,分冷态、热态和运行三种状态计算评估了波浪力对轴系的影响程度,并提出轴系校中可行的改进方案。


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