船舶軸系性能提升與運行安全

目錄
“交通安全科學與技術(shù)學術(shù)著作叢書”序
序
前言
第1章　緒論　1　
1.1　研究背景　1　
1.2　船舶軸系的基本構(gòu)成及作用　3　
1.2.1　船舶推進系統(tǒng)　3　
1.2.2　船舶軸系故障形式　5　
1.3　船舶軸系性能提升與安全運行研究現(xiàn)狀　6　
1.3.1　基于流固耦合理論的流體-船舶動力學研究現(xiàn)狀　6　
1.3.2　主機激勵下軸系振動研究現(xiàn)狀　8　
1.3.3　船體變形下軸系振動建模及耦合特性研究現(xiàn)狀　9　
1.3.4　船舶軸系耦合振動研究現(xiàn)狀　10
參考文獻　12
第2章　研究對象概況及基本假設　18　
2.1　8530TEU集裝箱船舶的基本概況　18　
2.2　297000 DWT VLCC基本概況　20　
2.3　船舶彈性體的基本假設　22
參考文獻　23
第3章　基礎(chǔ)理論和方法　25　
3.1　集中質(zhì)量及傳遞矩陣法　25　
3.2　連續(xù)質(zhì)量法　29　
3.3　有限元法　37　
3.4　變分法　40　
3.5　船舶推進系統(tǒng)分析工具　43
參考文獻　45
第4章　基于流固耦合理論的流體-船舶動力學研究　46　
4.1　流體-船舶耦合動力學基本理論　46　
4.1.1　波動方程問題描述　46　
4.1.2　Dirichlet邊界條件　47　
4.1.3　Leap-Frog方法　50　
4.2　流固耦合基礎(chǔ)理論　51　
4.2.1　流體模型　53　
4.2.2船體模型　54　
4.2.3　流體-船舶耦合作用　55　
4.3　數(shù)值計算與模型驗證　56　
4.3.1　基本參數(shù)定義　56　
4.3.2　流固耦合數(shù)值計算　56　
4.3.3　計算結(jié)果分析　57　
4.4　流體-船舶變形實驗研究　60　
4.4.1　流體實驗介紹　60　
4.4.2　實驗結(jié)果分析　62
參考文獻　63
第5章　主機激勵下軸系振動建模研究　64　
5.1　主機作用力　64　
5.1.1　氣缸內(nèi)氣體燃燒產(chǎn)生的作用力　64　
5.1.2　主機內(nèi)部運動部件慣性力及重力產(chǎn)生的作用力　67　
5.1.3　主機激振力的合力　70　
5.2　主機-推進軸系建?！?0　
5.2.1　Lagrange方程　71　
5.2.2　主機-推進軸系系統(tǒng)運動微分方程　72　
5.2.3　連續(xù)性與邊界條件　75　
5.2.4　主機-推進軸系耦合方程分析　77　
5.3　主機作用下船舶軸系動力響應分析　80
參考文獻　82
第6章　船體變形下軸系振動建模及耦合特性研究　83　
6.1　船體-軸系系統(tǒng)子結(jié)構(gòu)模型　83　
6.1.1　支承軸承模型　83　
6.1.2　主機模型　84　
6.1.3　螺旋槳模型　85　
6.1.4　船體變形模型　86　
6.1.5　推進軸系模型　88　
6.1.6　水域模型　89　
6.1.7　水-船體的耦合條件　90　
6.1.8　水-推進軸系的耦合條件　90　
6.2　船體-軸系系統(tǒng)耦合變分方程　90　
6.3　子結(jié)構(gòu)模態(tài)函數(shù)　93　
6.3.1　模態(tài)分析法及模態(tài)正交理論　93　
6.3.2　推進軸系子結(jié)構(gòu)及其模態(tài)函數(shù)　95　
6.3.3　船體子結(jié)構(gòu)及其模態(tài)函數(shù)　96　
6.3.4　流體子結(jié)構(gòu)及其模態(tài)函數(shù)　97　
6.4　船體-軸系系統(tǒng)耦合建?！?9　
6.5　船體-軸系系統(tǒng)的動力學分析　101　
6.5.1　船體-軸系系統(tǒng)的自由振動及軸系頻率因子、變形因子　101　
6.5.2　動力學響應　103　
6.6　案例分析　104　
6.6.1　船體梁與推進軸系梁的模態(tài)方程　105　
6.6.2　水域的模態(tài)函數(shù)　106　
6.6.3　量綱一的量化　108　
6.6.4　自由振動分析　109　
6.6.5　動力學響應分析　111　
6.7　模型實驗　113　
6.7.1　實驗基本參數(shù)　113　
6.7.2　常規(guī)波浪浪頻激勵實驗　114　
6.7.3　爆炸波激勵實驗　123
參考文獻　126
第7章　船舶軸系耦合振動研究　128　
7.1　船舶軸系扭轉(zhuǎn)-縱向耦合振動研究　128　
7.1.1　船舶軸系扭轉(zhuǎn)-縱向耦合振動建模分析　128　
7.1.2　模型驗證與數(shù)值計算　132　
7.1.3　船體變形對推進軸系扭轉(zhuǎn)-縱向耦合振動的影響　139　
7.1.4　實驗驗證　144　
7.2　船舶軸系扭轉(zhuǎn)-橫向耦合振動研究　155　
7.2.1　船舶軸系扭轉(zhuǎn)-橫向耦合振動建?！?55　
7.2.2　模型驗證與數(shù)值計算　157　
7.2.3　船舶軸系扭轉(zhuǎn)-橫向耦合振動影響分析　163　
7.3　船舶軸系橫向-縱向耦合振動研究　168　
7.3.1　船舶軸系橫向-縱向耦合振動建?！?68　
7.3.2　模型驗證與數(shù)值計算　172　
7.3.3　船舶軸系橫向-縱向耦合振動影響分析　184
參考文獻　187
第8章　船舶推進系統(tǒng)動態(tài)特性影響因素的仿真研究　189　
8.1　船舶推進系統(tǒng)基本參數(shù)及模型建立　189　
8.1.1　船舶推進系統(tǒng)的基本參數(shù)　189　
8.1.2　船舶推進系統(tǒng)多體動力學模型的建立　190　
8.1.3　船舶推進系統(tǒng)模態(tài)頻率的計算　193　
8.2　船體變形對推進系統(tǒng)動態(tài)特性影響的仿真研究　195　
8.2.1　船體變形的施加方式及基本參數(shù)　195　
8.2.2　船體變形對推進系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的影響　198　
8.3　外部激勵對推進系統(tǒng)動態(tài)特性影響的仿真研究　204　
8.3.1　外部激勵的施加方式及基本參數(shù)　204　
8.3.2　外部激勵對推進系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的影響　206　
8.4　油膜約束對推進系統(tǒng)動態(tài)特性影響的仿真研究　209　
8.5　油膜約束對推進系統(tǒng)軸心軌跡的影響　210
參考文獻　211
第9章　船舶軸系性能實驗研究　213　
9.1　船舶推進軸系實驗室實驗系統(tǒng)設計與研制　213　
9.1.1　船舶軸系性能綜合實驗臺設計與研制　213　
9.1.2　船舶軸系動態(tài)特性實驗臺設計與研制　219　
9.1.3　液壓加載系統(tǒng)　220　
9.1.4　軸系測試系統(tǒng)　223　
9.1.5　軸系振動測量原理及信號采集　225　
9.2　船舶軸系動態(tài)特性理論分析模型　231　
9.2.1　實驗臺軸系建?！?31　
9.2.2　理論模型與數(shù)值模型的對比　233　
9.3　船舶軸系復雜激勵下的多向振動實驗研究　234　
9.3.1　實驗測試工況介紹　236　
9.3.2　功率譜分析　237　
9.3.3　時域結(jié)果分析　240　
9.4　船舶軸系動態(tài)特性實驗研究　242　
9.4.1　船體變形激勵幅值對軸系振動特性的影響　243　
9.4.2　船體變形激勵頻率對軸系振動特性的影響　244　
9.4.3　船體變形激勵方向?qū)S系振動特性的影響　246　
9.4.4　轉(zhuǎn)速對軸系振動特性的影響　247　
9.5　船舶推進軸系實船實驗研究　248　
9.5.1　實船實驗設計　248　
9.5.2　實船實驗結(jié)果分析　251
參考文獻　255