文档介绍：研究生课程答题本
船舶推进轴系校中系统的建模与仿真
1. 摘要 2
2. 船舶推进轴系校中系统描述 3
3. 船舶推进轴系校中系统的建模 4
轴系简化的一般原则 4
力学模型 5
4. 船舶推进轴系校中系统仿真: 6
有限元软件ANSYS简介 6
有限元方法简介 6
5. 船舶推进轴系校中的仿真分析: 9
轴系系统校中状态分析 9
轴系系统偏中时的状态分析 10
6. 结论 14
本文总结 14
个人心得 14
7 参考文献 15
1. 摘要
依据船舶轴系直线校中原理,基于ANSYS环境建立了轴系校中计算的有限元模型,简述了轴系直线校中法,详细说明了轴段偏中时轴系校中的状态,得出了轴段偏中时轴承负荷、轴系挠度、轴系转角、轴系剪力等的变化规律,为船舶轴系校中设计及检修提供了依据。
关键词:船舶轴系;校中计算;轴段;有限元法
中图分类号: 文献标示码:
Abstract: Based on principles of ship shaft aligning in line, the shaft’s
mechanical model is established in the ANSYS environment , outlines the method of shaft alignment in line. Descripe the influence of the misalignment’s shaft on the ship. Get the variation law of bearing load, shaft deflection, shaft slope, shaft shear force and other changes when the flange is misaligned. Providing the basis for the ship shaft design and maintenance.
Key words: ship shafting; alignment calculation; shaft; finite element method;
2. 船舶推进轴系校中系统描述
以某船轴系为研究对象,其主机与螺旋桨之间通过一根中间轴和一根尾轴连接,轴系包括7个轴承,每个轴承视为刚性轴承。轴系全长15m,。
根据轴系实际的结构,在ANSYS软件中对螺旋桨全浸水中时主机倒数第二道主轴承以后的轴段进行建模,建模方法如下:
(1) 对于轴系本身采用BEAM 188三维有效应变单元建模。Beam188 梁单元是三维梁单元,每个节点具有六个自由度,可以满足各种计算的要求。轴段采用不同的截面,轴段的弹性模量 E = N/m2,泊松比μ= ,轴系浸水段密度ρ1 = 6528 kg/m3,浸油段密度ρ2 = 6950 kg/m3,其他段密度ρ3= 7850 kg/m3。
(2) 螺旋桨简化为匀质圆盘,将螺旋桨的质量加上附连水质量以及螺旋桨的转动惯量作为集中载荷,加在螺旋桨中心位置。
(3) 将柴油机曲轴作为与主轴颈等同轴径的光轴,按均布载荷处理。
(4) 中间轴、推力轴、齿轮箱大齿轮轴及其联轴器均作为均布载荷处理。
(5) 支承轴承的处理有三种模型:刚性、线弹性和非线性(考虑油膜作用)。处于计算简便考虑,本文将轴承作为刚性处理。
3. 船舶推进轴系校中系统的建模
轴系简化的一般原则
轴系可简化为多个弹性支承或刚性支承的连续梁。由于各轴段(如螺旋桨轴、尾轴、中间轴、推力轴等)直径不同,出于对校中计算精度的考虑,将其作为变截面梁处理。具体简化原则:
1) 轴系自重处理
校中计算时,将尾轴、中间轴、推力轴和减速齿轮箱大齿轮轴的自重均作为均布载荷处理。对尾轴浸水或浸油的部分,应考虑水或油浮力的影响;对浸油的轴段,可近似取其在空气重量的90%,对浸水的轴段可取87%。锥状轴段,可取其平均直径,按均布载荷计算轴段重量。桨轴导流帽、轴套均可作为相应轴段的均布载荷计入。
2)载荷处理(静载荷与动载荷)
作用在轴系上的载荷,如螺旋桨、连接法兰(普通法兰可作均布载荷)、推力盘、飞轮、减速齿轮箱大齿轮等,其与相应轴段等轴径部分,按该轴段均布载荷计入,其他部分按集中载荷计算,其作用点为各对法兰的连接面或飞轮、推力环、齿轮中横剖面与轴线交点。螺旋桨重量作为集中载荷处理时,当其在浸水状态时,需考虑浮力的作用。螺旋桨重量的作用点,应取螺旋桨重心向螺旋桨轴线的垂直交点。在未确定螺旋桨重心的情况下,,