考慮彈性聯(lián)軸器的船舶軸系耦合振動(dòng)特性分析

研究船舶推進(jìn)軸系耦合振動(dòng)主要從系統(tǒng)整體的角度出發(fā)，將推進(jìn)軸系簡化為等效的離散系統(tǒng)進(jìn)行研究。所采用方法基本為集總參數(shù)法、能量法、傳遞矩陣法、有限元法，并結(jié)合數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)分析。很少有文獻(xiàn)從連續(xù)系統(tǒng)的角度對(duì)推進(jìn)軸系進(jìn)行耦合振動(dòng)分析。在考慮彈性聯(lián)軸器時(shí)，也只是考慮其實(shí)變剛度，其對(duì)軸系振動(dòng)的影響研究也較少?；谝陨戏治?，本文考慮彈性聯(lián)軸器對(duì)軸固有頻率及其振型的影響，并從連續(xù)體角度出發(fā)分析軸的耦合振動(dòng)問題。目前對(duì)船舶軸系研究主要集中在以下幾個(gè)方面：1、橫向振動(dòng)研究。橫振頻率較低，出現(xiàn)共振幾率大，屬于傳統(tǒng)振動(dòng)研究范疇。其研究內(nèi)容廣泛，理論深入，方法多樣，多與回旋振動(dòng)一起研究，其體系成熟；2、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)研究。主要集中在柴油機(jī)軸系振動(dòng)的分析上，由于其存在內(nèi)外扭矩激勵(lì)源，研究也多集中在扭振受迫振動(dòng)分析等問題；3、縱向振動(dòng)研究。主要集中在推進(jìn)軸系縱向激勵(lì)力引起的強(qiáng)迫振動(dòng)問題分析方面，如螺旋槳所受外部激勵(lì)引起的縱向振動(dòng)問題；、耦合振動(dòng)分析。屬于新興的研究方向，其研究課題廣泛。包括軸系-船體耦合，軸系各部件之間的耦合，彎-扭耦合，縱-扭耦合，彎-縱耦合，彎-縱-扭耦合等內(nèi)容。目前研究手段主要為有限元法、當(dāng)量等效法和實(shí)驗(yàn)法。例如，彎扭耦合研究碰摩問題、裂紋轉(zhuǎn)子問題居多，縱扭耦合僅局限于曲軸和階梯軸問題。、彈性聯(lián)軸器作為推進(jìn)軸系的重要組成，其對(duì)軸系振動(dòng)的影響巨大，但是關(guān)于其振動(dòng)影響機(jī)理研究仍不完善。在某船廠的復(fù)雜推進(jìn)軸系中渦輪機(jī)傳動(dòng)軸發(fā)生異常振動(dòng)，在運(yùn)營過程中發(fā)生明顯振動(dòng)故障。經(jīng)分析主要原因是彈性聯(lián)軸器引發(fā)的耦合振動(dòng)?；谏鲜龇治?，本文考慮彈性聯(lián)軸的影響，對(duì)渦輪機(jī)傳動(dòng)軸耦合振動(dòng)進(jìn)行分析。分析內(nèi)容主要包括：1、分析了船舶推進(jìn)軸系中耦合振動(dòng)的不足，從連續(xù)體角度出發(fā)，應(yīng)用彈性力學(xué)基本理論，建立了考慮彈性聯(lián)軸器的渦輪機(jī)傳動(dòng)軸的剛?cè)狁詈险駝?dòng)模型，了扭振、縱振、橫振在自由與受迫情況下的解析解，分析了聯(lián)軸器對(duì)振動(dòng)固有頻率及振型的影響。2、分析了船舶推進(jìn)軸系中彎扭、縱扭、彎縱耦合振動(dòng)研究的現(xiàn)狀與不足，分別建立了渦輪機(jī)傳動(dòng)軸彎扭、縱扭、彎縱耦合振動(dòng)的新型理論模型，給出了耦合振動(dòng)的解析解，并進(jìn)行了數(shù)值仿真計(jì)算。3、提出了一種振動(dòng)方程的新解法，并將其應(yīng)用于基本振動(dòng)方程的解答中，取得了成功，結(jié)合數(shù)學(xué)物理方法驗(yàn)證了其正確性。