船舶轴系抗冲击性能研究开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

船舶推进轴系是船舶动力系统的重要组成部分。在船舶航行过程中，会受到各种冲击载荷的威胁，包括受到碰撞或搁浅时的碰撞载荷，还有水下爆破或战时受到爆炸冲击载荷，同时海浪也有冲击载荷施加在上面。在诸多载荷的作用下会出现船舶结构损坏，船舶动力系统出现故障，乃至造成人员伤亡，从而造成重大财产人身安全事故。因此，研究船舶设备特别是船舶轴系抗冲击性能的有很重要的现实意义。

在国外，对船舶推进动力轴系在冲击载荷作用下的特性已做过许多研究工作。尤其是在二战和海湾战争时期，美国的学者对船舶推进轴系抗冲击理论体系、分析方法以及实用的抗冲击装置较为深入，但由于多数牵扯到军事秘密，而未能公开。因此大部分研究项目针对的是工程船，其中尤以极地科考船受冰载荷的作用研究为主。giorgioburella^[25]对于极地船舶推进轴系瞬时扭转模型的建立与分析做了大量工作。draen poli^[26]提出了一种基于传动轴瞬态响应的螺旋桨扭矩载荷计算方法。讨论了一种建模方法的开发，该程序用于模拟由极地螺旋桨的冰撞击序列引起的轴系上的瞬时扭转载荷。通过电动机驱动的轴系的集总质量模型来解决瞬态扭转振动。batrak^[24]在对用于模拟轴系振动行为的方法和步骤进行了描述之后，讨论将集中于对相关参数执行的敏感性分析，从而可以正确地描述轴系动力学。然后，以加拿大海岸警卫队的r级破冰船为例，对该模型进行了基准测试，并对照有限元代码的结果进行了验证。 结果表明，在评估瞬态转矩负载方面有希望的结果，该模型将在将来用于辅助即将开展的实验活动。

在国内，许多个人和组织对船舶推进轴系的冲击响应开展了不少工作,如周海亭等^[12]在有限元法的基础上提出了一种冲击条件下轴系动态特性和系统响应的分析方法,并对轴系在三角和半正弦冲击波作用下的冲击响应进行了计算。但其对阻尼矩阵进行了简化处理,也没有认识到轴承动力特性的相关影响。沈荣瀛^[9]等采用有限元与数值仿真相结合,建立了推进轴系冲击响应计算的数学模型,他们把连续轴系离散成由二维梁单元构成的离散质量系统,并将轴承处理成弹性约束,在轴系每阶模态受到的冲击加速度相等、各阶模态的阻尼比相等等假设条件下，导出在垂向基础加速度冲击作用下轴系的位移响应以及轴承支承处冲击应力的计算公式,但轴系模型没有考虑诸如陀螺效应、螺旋桨的附连水质量效应、轴承的动力特性等的影响。孙洪军和郑荣^[19]基于ansys软件提出了一种船舶推进轴系动力学的仿真方法,并探讨了主机对轴系动力特性的影响。与此同时，于大鹏，汪玉^[4]等人运用大型有限元分析程序abaqus建立了完整的包含轴系支承、联轴器，螺旋桨在内的船舶轴系冲击响应计算分析模型。李增光等人^[5]将船舶推进轴系看作一个多支承的连续梁,并从梁在大挠度弯曲振动的几何非线性分析入手,推导了梁在集中简谐激励力作用下的动态响应，但对船舶推进轴系在冲击载荷作用下的动态响应并未进行研究。张金国等^[15]人利用ansys对推进轴系三向冲击动力学进行了计算。李晓彬等^[10]人在对舰前尾轴架和后尾轴架横向动刚度进行测量的基础上，用msc/patran建立了船舶轴系的有限元模型,对轴系在横向冲击作用下的冲击响应进行计算。钟涛等利用有限元建模和数值仿真的方法，研究了船的长轴系在水下非接触爆炸时的位移和应力响应,分析了不同冲击输入条件下轴承刚度的抗冲击能力的影响。朱小平等^[20]人考虑了油膜力作用时推进轴系在外冲击作用下的响应。吴新跃^[6]等人研究运转状态下的轴系冲击响应必须考虑陀螺效应和轴系本身工作载荷的影响，建立了考虑陀螺效应，剪切力，弯矩，支承轴承有力的推进轴系冲击动力学模型。采用直接积分法和有限元模型法来求解方程，得到了相应的分析结果。最近杨翼、王旭荣^[1]等人建立了扭转—纵向冲击有限元模型，同时加入了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自由振动和冲击响应的影响。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

主要通过详细了解船舶轴系冲击载荷形式及其原因，学习并掌握有限元分析软件，建立有限元分析模型。对于在运转状态下的船舶轴系，在考虑轴系刚度的情况下对船舶冲击载荷进行轴系模拟仿真。同时能够将完整的船舶推进轴系系统考虑进去，从而较为全面的得出在不同载荷形式下的轴系响应。轴系振动主要包括纵向振动，垂向振动，横向振动等，根据不同的情况和波形，轴承及其支承所产生的响应也是不同的，所以针对运转状态下的仿真结果分析船舶轴系抗冲击性能是最重要的。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告；（第1周—第3周）

（2）查找并阅读文献，总结归纳国内外船舶轴系冲击载荷研究现状及应用，分析并了解冲击载荷形式；（第4周—第5周）

（3）分析船舶冲击载荷原因，学习有限元软件ansys及相关软件的使用方法；（第6周—第8周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1]杨翼,王旭荣,王明坤,吴毅,戴义平.船舶推进轴系的扭转-纵向冲击响应[j].振动与冲击,2017,36(13):96-102.

[2]杨丹.基于参数化的船舶轴系校中与抗冲击特性研究[d].华中科技大学,2013.

[3]李磊.基于有限元方法的船舶推进轴系抗冲击性能研究[d].武汉理工大学,2012.