考虑弹性联轴器的船舶轴系耦合振动特性分析
考虑弹性联轴器的船舶轴系耦合振动特性分析
研究船舶推进轴系耦合振动主要从系统整体的角度出发，将推进轴系简化为等效的离散系统进行研究。所采用方法基本为集总参数法、能量法、传递矩阵法、有限元法，并结合数值计算与实验分析。很少有文献从连续系统的角度对推进轴系进行耦合振动分析。在考虑弹性联轴器时，也只是考虑其实变刚度，其对轴系振动的影响研究也较少。基于以上分析，本文考虑弹性联轴器对轴固有频率及其振型的影响，并从连续体角度出发分析轴的耦合振动问题。目前对船舶轴系研究主要集中在以下几个方面：1、横向振动研究。横振频率较低，出现共振几率大，属于传统振动研究范畴。其研究内容广泛，理论深入，方法多样，多与回旋振动一起研究，其体系成熟；2、扭转振动研究。主要集中在柴油机轴系振动的分析上，由于其存在内外扭矩激励源，研究也多集中在扭振受迫振动分析等问题；3、纵向振动研究。主要集中在推进轴系纵向激励力引起的强迫振动问题分析方面，如螺旋桨所受外部激励引起的纵向振动问题；、耦合振动分析。属于新兴的研究方向，其研究课题广泛。包括轴系-船体耦合，轴系各部件之间的耦合，弯-扭耦合，纵-扭耦合，弯-纵耦合，弯-纵-扭耦合等内容。目前研究手段主要为有限元法、当量等效法和实验法。例如，弯扭耦合研究碰摩问题、裂纹转子问题居多，纵扭耦合仅局限于曲轴和阶梯轴问题。、弹性联轴器作为推进轴系的重要组成，其对轴系振动的影响巨大，但是关于其振动影响机理研究仍不完善。在某船厂的复杂推进轴系中涡轮机传动轴发生异常振动，在运营过程中发生明显振动故障。经分析主要原因是弹性联轴器引发的耦合振动。基于上述分析，本文考虑弹性联轴的影响，对涡轮机传动轴耦合振动进行分析。分析内容主要包括：1、分析了船舶推进轴系中耦合振动的不足，从连续体角度出发，应用弹性力学基本理论，建立了考虑弹性联轴器的涡轮机传动轴的刚柔耦合振动模型，了扭振、纵振、横振在自由与受迫情况下的解析解，分析了联轴器对振动固有频率及振型的影响。2、分析了船舶推进轴系中弯扭、纵扭、弯纵耦合振动研究的现状与不足，分别建立了涡轮机传动轴弯扭、纵扭、弯纵耦合振动的新型理论模型，给出了耦合振动的解析解，并进行了数值仿真计算。3、提出了一种振动方程的新解法，并将其应用于基本振动方程的解答中，取得了成功，结合数学物理方法验证了其正确性。
