检索结果-内蒙古大学图书馆

船舶力学 2016年第9期20卷 1160-1170页

作者：朱全华韦朋余岳亚霖胡芳琳刘登成中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

为了解决全回转推进器螺旋桨的单向流固耦合问题,实现螺旋桨桨叶结构强度精确评估,文章基于计算流体力学和有限元法开展了螺旋桨桨叶的结构强度计算方法研究,重点探讨了桨叶表面随机分布压力从流体域到固体域的转换技术。在此基础上,文... 详细信息

为了解决全回转推进器螺旋桨的单向流固耦合问题,实现螺旋桨桨叶结构强度精确评估,文章基于计算流体力学和有限元法开展了螺旋桨桨叶的结构强度计算方法研究,重点探讨了桨叶表面随机分布压力从流体域到固体域的转换技术。在此基础上,文中提出了桨叶固液交界面上水动力载荷的转换方法,详细研究了插值加权系数和有限元网格尺寸对桨叶结构强度计算精度的影响规律,给出了适用于桨叶强度评估的插值加权系数和单元网格尺寸选取原则。最后,该文以5 000 k W级全回转推进器螺旋桨为例,开展了桨叶结构强度数值计算和安全评估,获得了桨叶的应力和变形分布规律,整体上建立了全回转推进器螺旋桨桨叶结构强度评估方法,可为大功率全回转推进器螺旋桨设计提供借鉴和参考。

关键词：全回转推进器螺旋桨桨叶水动力载荷表面压力转换结构强度评估

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全回转推进器装配误差分析与统计公差优化

全回转推进器装配误差分析与统计公差优化

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作者：曾文会华中科技大学

学位级别：博士

全回转推进器结构复杂,串并联尺寸链繁多;同时,实际工况恶劣,对功能部件的装配精度要求高。实际服役过程中恶劣的工况以及交变载荷极易引起整机和结构变形,导致关键运动部件结合面失效。然而,目前的公差分析与优化技术很少考虑复杂装备... 详细信息

全回转推进器结构复杂,串并联尺寸链繁多;同时,实际工况恶劣,对功能部件的装配精度要求高。实际服役过程中恶劣的工况以及交变载荷极易引起整机和结构变形,导致关键运动部件结合面失效。然而,目前的公差分析与优化技术很少考虑复杂装备在实际工况下的整机或局部结构变形问题;本文在现有研究的基础上,进行面向实际工况的装配误差分析与统计公差优化方面的研究,从而提高全回转推进器的装配质量与服役性能。本文首先建立了基于雅克比旋量理论的复杂装配体并联尺寸链公差分析模型,应用于全回转推进器弧齿锥齿轮箱,提高弧齿锥齿轮副装配误差计算精度。其次建立了考虑实际工况的全回转推进器桨毂回转副装配误差分析模型,分析了实际工况如温度、转速、预紧力等对桨毂回转副桨毂结合面装配间隙的影响。接着建立了基于多样本检验策略的统计公差优化模型,应用于全回转推进器螺旋桨轴组件,提高螺旋桨轴组件统计公差优化精度,减少计算时间。然后建立了考虑实际工况的全回转推进器桨毂回转副密封性能预测模型与公差-成本-密封性能优化模型,分析预测不同工况对桨毂回转副密封性能的影响,进行关键装配参数优化,降低公差制造成本,提高密封服役性能。最后以南海某石油钻井平台实际工况下的全回转推进器桨毂回转副装配参数设计问题为实际案例进行分析优化,结果表明本文研究内容的可行性、可靠性。本文的研究内容及创新成果如下:(1)带有局部并联尺寸链的复杂装配体公差建模与分析。针对传统公差分析模型难以解决复杂装配体中出现局部并联尺寸链的问题,本文通过建立并行连接副的接触点和分析点,确定其分析线的偏移方向和偏移大小,得到并联尺寸链的旋量模型;并把并联尺寸链转化为纯串联尺寸链,构建基于雅克比旋量理论的公差分析模型,计算最终的装配误差。此方法在装配误差分析过程中考虑了更多的公差信息,计算结果更符合实际情况,计算精度大幅提升。(2)基于雅克比旋量模型的桨毂回转副实际工况下的装配误差建模与分析。为了获得实际工况下装配体装配间隙的真实变动范围,分析实际工况对装配间隙的影响,本文建立了基于雅克比旋量模型实际工况下的公差分析模型。首先通过建立一系列同心圆节点离散化零部件接触表面,然后通过有限元分析桨毂回转副实际工况下热、力耦合变形,提取表面节点变形坐标。接着计算考虑几何误差下装配体表面的变动范围,并离散化装配误差表面,且与之前建立的节点一一对应。最后通过节点坐标的叠加,获得实际工况下的配合表面误差变动情况。(3)基于多样本检验策略的统计公差优化与分配。基于蒙特卡洛仿真的统计公差优化方法虽然能很好的模拟零部件误差的概率分布规律以及装配体的装配合格率,但是其仿真结果不够稳定。如果通过大规模的迭代计算,很容易产生误差较大的结果从而使优化失败。针对这种缺点,本文提出了一种多样本检验策略,通过多重检验保证每次迭代过程中获得足够高精度的最优个体,从而获得满足约束条件的最优解。基于该策略的统计公差优化方法能很好的解决统计公差优化与分配问题,其优化效果明显好于目前已知的统计公差优化方法,极大提高了统计公差的优化精度,减少了计算时间。(4)考虑实际工况的全回转推进器桨毂回转副统计公差优化与分配。本文综合考虑了装配误差、实际工况下热、力耦合变形以及服役期间的摩擦磨损等,构建了面向实际工况的全回转推进器桨毂回转副公差-密封性能预测模型以及公差-成本-密封性能统计公差优化模型。为提高模型的精度,建立了相关实验平台,且与其他研究机构合作获得全回转推进器水动力方面的真实数据。基于上述实验与仿真数据,定量分析了不同工况对密封性能的影响,同时优化关键装配参数,最终改善了桨毂回转副密封性能,降低了公差制造成本。最后,本文以南海实际工况下某石油钻井平台全回转推进器桨毂回转副装配参数优化设计问题为实例研究对象,运用本文的研究理论与方法,预测了实际海况下动力定位平台全回转推进器桨毂回转副的密封性能;并以此为优化目标,运用统计公差优化方法求解不同工况下的装配参数优化问题,其优化结果明显好于初始设计公差。总的来说,本文的研究为面向实际工况的全回转推进器的装配误差分析和优化提供了新的理论方法与指导技术。

关键词：全回转推进器装配误差分析统计公差优化并联尺寸链多样本检验策略

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全回转推进器传动锥齿轮齿数设计

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舰船科学技术 2021年第9期43卷 116-119,129页

作者：张方华罗晓园王建政中国船舶集团公司第七一一研究所上海200090 船舶与海洋工程动力系统国家工程实验室上海201108

针对全回转推进器传动锥齿轮齿数的设计,始终缺乏一套方法从众多齿数中,选定较佳的齿轮齿数。本文通过汇总锥齿轮齿数要求的相关资料,剖析各类要求的特点,转化为程序语言,利用Excel表格、VBA编程,找到一套关于全回转推进器传动锥齿轮齿... 详细信息

针对全回转推进器传动锥齿轮齿数的设计,始终缺乏一套方法从众多齿数中,选定较佳的齿轮齿数。本文通过汇总锥齿轮齿数要求的相关资料,剖析各类要求的特点,转化为程序语言,利用Excel表格、VBA编程,找到一套关于全回转推进器传动锥齿轮齿数设计的通用方法。该方法归纳了锥齿轮齿数要求的特点,适用于一级或二级锥齿轮传动,能够快速地为全回转推进器选定较佳的传动锥齿轮齿数,提高设计效率。

关键词：全回转推进器锥齿轮齿数

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全回转推进器的水动力性能研究

全回转推进器的水动力性能研究

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作者：王培生哈尔滨工程大学

学位级别：博士

全回转推进器可以绕轴线作360度的回转,可以在任何方向获得最大推力,它可以使船舶原地回转、横向移动、急速后退和在微速范围内作操舵等特殊驾驶操作。装备全回转推进器可使船舶艉部形状简化,减少船舶阻力,并且在推进器发生故障时可以... 详细信息

全回转推进器可以绕轴线作360度的回转,可以在任何方向获得最大推力,它可以使船舶原地回转、横向移动、急速后退和在微速范围内作操舵等特殊驾驶操作。装备全回转推进器可使船舶艉部形状简化,减少船舶阻力,并且在推进器发生故障时可以将整机从机舱吊出而不需要进坞,使维修工作大大简化,增加了柴油机的使用寿命。该新型推进器适合于各种工程船舶,例如拖轮、顶轮、浮动起重船、挖泥船、渡轮、作业用平底船等,具有广阔的市场应用前景和军事意义。本文以全回转推进器为研究对象,运用数值计算和模型试验这两种方法,开展了全回转推进器水动力性能的数值计算方法研究,计算了全回转推进器的定常和非定常水动力性能、进行了全回转推进器的水动力性能的试验研究,对全回转推进器的水动力性能进行了系统的理论和试验研究。以目前存在的拖式、推式和双桨式等三种全回转推进器,应用面元法理论,建立了全回转推进器定常和非定常水动力性能的数值模型并编制了相应的FORTRAN程序。螺旋桨采用升力体的面元法,舱体和支架采用无升力体的Hess-Smith方法,二者之间的影响通过迭代计算来处理。分别计算了拖式、推式及双桨式全回转推进器的定常水动力性能并与试验结果进行了比较,二者吻合良好,验证了本文建立的数值计算方法的有效性和精度。在此基础上,计算并分析了舱体对桨叶载荷分布的影响以及吊舱引起的伴流分布规律,分析了舱体和支架对伴流分布的影响。由于舱体的阻塞作用,拖式及推式全回转推进器的螺旋桨载荷均增加;舱体、支架在其正前、后方均产生一个高伴流区。以某型拖式全回转推进器为原型,在舱体上附加鳍后计算附鳍全回转推进器的定常水动力性能,并与无鳍时全回转推进器的水动力性能进行了比较,分析了鳍对全回转推进器螺旋桨水动力性能的影响。计算分析了附鳍舱体的伴流分布,与无鳍时的伴流分布比较,分析了附鳍舱体引起的伴流场的变化。工作于船后的全回转推进器,由于船体在桨工作区域产生强烈的船体伴流,会对全回转推进器的性能产生很大影响,同时影响船舶的操纵性能,基于此点,本章应用CFD软件FLUENT和全回转推进器的定常性能数值计算方法研究了船尾伴流中的全回转推进器的定常水动力性能。通过FLUENT模拟得到桨盘面处的船体伴流,进行周向平均后作为全回转推进器的来流。与无伴流的情况进行推力、扭矩、效率三者的对比分析,通过比较得知,在有船尾伴流的情况下,全回转螺旋桨的推力、扭矩均获得一定程度的提高,效率曲线也产生了一些变化。对全回转推进器进行了模型试验研究,通过模型试验,预报了船舶的航行性能,判断船、机、桨的匹配情况及航速是否达到设计指标;通过脉动压力、空泡试验和噪声试验,获得主推螺旋桨在正常航行时的空泡特性、诱导的船尾脉动压力和噪声级,判断船体表面脉动压力符合设计要求。完成了全回转推进单元装置的敞水试验。装有全回转推进器模型自航试验,在舵桨优化角下,完成吃水状态全附体模型自航试验,确定船桨相互作用参数。完成船后伴流场测试,对应实船设计航速(18kn),完成优化船型船后桨盘面处三维伴流场测试。实船航速预报,根据模型试验结果,预报实船航速及船、机、桨的匹配情况。正常航行时主推螺旋桨模型空泡试验对某型全回转推进器进行了模型试验,得到了该推进器的敞水性能,推进器在不同偏转角条件下的水动力性能,测量了船左侧的螺旋桨在船模正航、右偏航一定角度时作的±180度和±90度回转时的性能。并得到了船体的影响系数曲线。基于本文所建立的全回转推进器非定常性能的数值计算方法,计算了在均匀来流中的全回转推进器的非定常水动力性能,计算得舱体的实效伴流和标称伴流分布,讨论了在两种伴流条件下的全回转推进器的非定常水动力性能;计算了忽略舱体不同伴流分量时的全回转推进器螺旋桨的非定常水动力性能,分析了不同伴流分量对全回转推进器非定常水动力性能的影响;以试验测得的某型船尾伴流为全回转推进器的来流,计算了在该来流下的全回转推进器的非定常水动力性能,讨论了船尾伴流对全回转推进器水动力性能的影响。

关键词：全回转推进器定常水动力性能非定常水动力性能数值计算模型试验船后伴流场

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全回转推进器圆锥滚子轴承特性分析与传动轴系振动性能研究

全回转推进器圆锥滚子轴承特性分析与传动轴系振动性能研究

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作者：杨鹏华中科技大学

学位级别：硕士

全回转推进器具有稳姿态、精定位、控航迹三大功能,是大型海洋作业平台、深潜器、航母补给舰等在恶劣海况下确保定位精度和平稳性的核心装备。作为全回转推进器回转支承副,圆锥滚子轴承的特性在很大程度上决定着轴系的动力学性能,以往... 详细信息

全回转推进器具有稳姿态、精定位、控航迹三大功能,是大型海洋作业平台、深潜器、航母补给舰等在恶劣海况下确保定位精度和平稳性的核心装备。作为全回转推进器回转支承副,圆锥滚子轴承的特性在很大程度上决定着轴系的动力学性能,以往的研究忽略了润滑油膜对轴承动态特性的影响,这样的处理方法影响了圆锥滚子轴承动态特性的计算准确性,也使得对其支撑的传动轴系的振动特性研究精度不高。本文对圆锥滚子轴承的动静特性进行研究,建立了滚动体与内外圈滚道之间弹流润滑数学模型,研究了滚子修型、滚子锥角、工况等因素对圆锥滚子轴承润滑特性的影响规律。同时采用扰动法处理Reynolds方程,得到了滚动轴承滚子与内外圈滚道间的油膜刚度,并采用多项式法拟合油膜刚度公式。另外,对线接触弹性接触变形公式进行推导,得到圆锥滚子轴承Hertz接触刚度,从而建立综合考虑润滑油膜刚度和轴承弹性变形的圆锥滚子轴承的综合刚度模型。在圆锥滚子轴承综合刚度模型的基础上,利用有限元法建立传动轴系的动力学模型,通过分析得到传动轴系自由振动及谐响应特性,研究轴承刚度对轴系动态响应的影响。基于功率流理论,分析了不同激励下轴系能量的传递路径,并得到了各轴承的刚度及安装位置对传递功率的影响规律。同时,以各个轴承的安装位置作为设计变量,以通过轴承流入全回转推进器机体的振动能量最小为目标函数,构建了全回转推进器轴系的振动优化模型,为作用在螺旋桨上的激励激起的全回转推进器振动的预报和控制提供理论依据。

关键词：全回转推进器圆锥滚子轴承综合刚度振动特性功率流优化

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全回转推进器系统结构强度分析方法研究

全回转推进器系统结构强度分析方法研究

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作者：朱全华中国舰船研究院

学位级别：硕士

大功率全回转推进器需要在极端恶劣的海洋环境中长期作业,这对全回转推进器各部件的结构强度提出了较高的要求。由于尺寸大、载荷高、结构形式复杂以及自身工作特点等因素的影响,常规推进器的强度分析方法无法精确评估大功率全回转推进... 详细信息

大功率全回转推进器需要在极端恶劣的海洋环境中长期作业,这对全回转推进器各部件的结构强度提出了较高的要求。由于尺寸大、载荷高、结构形式复杂以及自身工作特点等因素的影响,常规推进器的强度分析方法无法精确评估大功率全回转推进器的结构强度。因此需要针对大功率全回转推进器的特点,建立完善的强度分析方法。本文以5000kW级Z型传动全回转推进器为对象,围绕其主要部件(螺旋桨、导管和弧齿锥齿轮)在强度分析时的关键技术开展了研究。论文主要研究内容和结论如下:(1)采用CFD法分析了全回转推进器在不同回转角度下的水动力性能,获得了回转角度对表面压力载荷的影响规律。(2)开展了结构表面压力从流体域到固体域的转换方法研究,提出了简单合理的插值方法和自动化转换技术。详细研究了压力载荷转换以及网格匹配性对强度数值计算精度的影响规律,提出了合理的插值系数和网格尺寸选取原则。(3)研究了导管两侧支架长度、加强筋板布置以及顶部固定方式对导管强度的影响,从轻量化设计和保证强度要求的角度提出了合理的导管结构设计方法。(4)针对齿轮的冲击碰撞行为,开展了弧齿锥齿轮的冲击载荷计算方法研究,运用弹性碰撞理论推导了弧齿锥齿轮冲击载荷的计算公式,分析了齿侧间隙、齿轮变速对齿间冲击载荷的影响,获得了齿轮冲击对传动轴承载和弧齿锥齿轮接触疲劳寿命的影响规律。

关键词：全回转推进器强度分析压力载荷转换齿轮冲击

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全回转推进器唇形油封动密封性研究及装配参数优化

全回转推进器唇形油封动密封性研究及装配参数优化

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作者：冯越华中科技大学

学位级别：硕士

全回转推进器作为动力定位系统关键执行装备，是大型海洋作业平台等海上设备确保定位精度和平稳性的核心装备。唇型油封作为全回转推进器艉轴动密封的主要密封元件，其动密封性能直接影响到全回转推进器的工作寿命。唇型油封的装配参数... 详细信息

全回转推进器作为动力定位系统关键执行装备，是大型海洋作业平台等海上设备确保定位精度和平稳性的核心装备。唇型油封作为全回转推进器艉轴动密封的主要密封元件，其动密封性能直接影响到全回转推进器的工作寿命。唇型油封的装配参数是影响其密封性能的重要原因，但是针对油封的研究主要集中其结构参数设计上，从装配角度对油封动密封性能的研究相对缺失，因此通过研究装配参数对唇型油封动密封性能的影响规律，对为唇型油封装配参数的设计与优化提供理论指导基础就显得尤为重要。基于此，本文采用理论分析与数值模拟和试验研究相结合的方法构建唇型油封装配预紧力对其动密封性能的关联模型。\n 首先，本文采用顺序耦合法对唇型油封的结构-热耦合场进行分析，通过有限元分析软件Ansys建立了唇型油封的二维轴对称模型，得到了装配预紧力对油封接触宽度的影响规律，并将结构场分析结果带入到温度场分析中，得到在装配预紧力影响下接触区域温度的变化规律。研究结果为进一步研究唇型油封密封性能提供了基础数据\n 然后，本文根据全回转推进器艉轴唇型油封的润滑特性，推导了润滑脂线接触Reynolds方程，并对方程进行了无量纲化，采用有限差分法求解Reynolds方程和油膜厚度方程，求取了唇型油封接触区域在不同装配预紧力下的油膜厚度和油膜压力，分析得到了唇型油封装配预紧力对其弹流润滑性能的影响规律，为后续研究唇型油封动密封性能奠定了基础。\n 最后，本文建立了唇型油封泄漏率的数值计算模型，分析了装配预紧力对唇型油封泄漏率大小的影响规律。并设计了一套模拟唇型油封工作环境测量其泄漏率大小的试验装置，搭建了相应试验平台，测量了在不同弹簧预紧力下唇型油封泄漏率的大小，与理论计算结果相验证，在一定程度上证明了理论计算模型的可靠性。\n 本文的研究成果构建了唇型油封装配预紧力对其密封性能的关联模型，为唇型油封装配参数的设计和优化提供了理论指导.

关键词：海上设备全回转推进器唇型油封动密封特性装配预紧力

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全回转推进器传动轴系装配公差优化设计

全回转推进器传动轴系装配公差优化设计

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作者：易王画华中科技大学

学位级别：硕士

全回转推进器是一种重要的海洋动力装备,其装配制造水平对于保证其服役性能具有重要意义。在全回转推进器的研制中,由于其自身结构的复杂性,容易发生装配精度难以满足实际需求的现象。合理的装配公差设计是提升装配精度、降低研发成本... 详细信息

全回转推进器是一种重要的海洋动力装备,其装配制造水平对于保证其服役性能具有重要意义。在全回转推进器的研制中,由于其自身结构的复杂性,容易发生装配精度难以满足实际需求的现象。合理的装配公差设计是提升装配精度、降低研发成本和提升装配成功率的有效途径。随着计算机辅助技术的发展,在产品的设计和研制过程中,计算辅助公差设计扮演着重要角色。本文以全回转推进器为对象,结合实际工程需求,围绕公差建模、公差分析、公差分配三个方面,对几何精度设计展开研究,力图提高公差优化设计方法的效率。论文的主要成果如下:首先,进行了全回转推进器传动轴系的三维公差建模方法研究。针对传动系统的结构特殊性,提出了一种求解并联支承旋量参数的方法,将其与雅可比旋量模型相结合,建立了三维公差分析模型,并给出了分析模型的贡献度计算方法,提出了求解带并联尺寸链的三维公差建模分析方法。然后,针对全回转推进器传动轴系进行三维公差建模及分析,建立传动轴系的装配体三维公差分析模型,并进行分析计算。研究了基于统计公差优化技术的公差分配方法,建立了以装配功能要求、加工能力、装配成功率为约束的基于加工成本的公差优化分配模型,提高了公差优化方案的可行性;将灰狼算法与蒙特卡洛算法结合以能更好地求解公差分配优化问题,并将此优化方法应用到全回转推进器传动轴系的工程实例中,对所提出算法的有效性进行了验证。结果证实在符合装配功能要求以及成功率的条件下,可以降低零件的加工精度和加工成本,符合经济性原则。

关键词：全回转推进器公差建模公差分析公差分配公差优化

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全回转推进器诱导激励载荷与半潜平台振动特性研究

全回转推进器诱导激励载荷与半潜平台振动特性研究

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作者：王丽楠哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

近些年来,资源的枯竭迫使人类对海洋资源的开采越来越多,在这样的工程背景下,对建造用于开采海洋资源的平台的研究显得十分重要。海洋平台会受到海风、海浪等载荷的作用,因此工作环境十分恶劣。同时随着经济水平的不断提高,平台的大型... 详细信息

近些年来,资源的枯竭迫使人类对海洋资源的开采越来越多,在这样的工程背景下,对建造用于开采海洋资源的平台的研究显得十分重要。海洋平台会受到海风、海浪等载荷的作用,因此工作环境十分恶劣。同时随着经济水平的不断提高,平台的大型化以及高强度钢在平台建造中的大量使用,工程人员对钻井平台良好的振动性能也提出了很高的要求。在海洋平台设计的初期阶段,有效的振动预报显得尤为重要。螺旋桨作为舰船最重要的振动与噪声源,它的激励载荷一直是设计人员的关注焦点。随着计算机性能的迅猛发展,激励载荷的预报方法也逐渐从花费高昂的实船试验变为有限元分析模拟。本文首先对某半潜式海洋平台的螺旋桨激励力进行求解,再通过APDL和UIDL方法对该半潜平台快速化建模,最终将螺旋桨激励力施加于半潜平台求得其振动特性。本文的具体内容如下:首先,本文选择了某半潜式海洋平台和其全回转推进器作为计算对象,用ICEM软件进行建模和网格划分,分别计算了螺旋桨的敞水特性和平台浮体的阻力值,验证了激励载荷模型和计算方法的准确性;然后计算了平台浮体某工况下螺旋桨轴承力和脉动压力,并通过快速傅里叶变换分析此半潜平台螺旋桨的频谱特性;同时分析了进速、转速的变化对激励载荷的影响。同时,为了大大缩短海洋平台的设计周期,提高振动特性预报的速度,设计人员需要一种快速建模方法,从而提高海洋平台的设计效率,提高预报速度。本文依照半潜式平台结构特性,在有限元分析软件ANSYS环境下开发了一种快速建模方法,即利用APDL(参数化设计语言),和UIDL(用户界面设计语言),实现用户自定义参数,软件自动建立半潜式平台模型的工作流程,同时编辑了专用的ANSYS界面,使操作更加简便,模型建立更加快速。并对APDL语言建立海洋平台模型做干湿模态分析,验证了快速建模方法的可行性和实用性。最后,本文计算了半潜平台在全回转推进器激励力作用下的振动特性,即将位于平台浮体下端螺旋桨的脉动压力与轴承力施加在采用APDL快速建模方法得到的半潜平台有限元模型对应位置。最后将半潜式平台在推进器激励载荷作用下不同舱室的振动响应的计算值与实测数据进行对比分析。

关键词：全回转推进器激振力 APDL UIDL 振动响应

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全回转推进器作用下船舶操纵性数值模拟与分析

全回转推进器作用下船舶操纵性数值模拟与分析

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作者：季湘岚中国舰船研究院

学位级别：硕士

全回转推进器作为一种新型的操纵和推进装置,与传统的舵和桨的组合相比具有更强的操纵性能,尤其是应对特殊复杂情况,例如原地回转、横向移动、急速后退和低速范围内操舵等。但是全回转推进器与舵的作用原理不同,在实际操作过程中与舵有... 详细信息

全回转推进器作为一种新型的操纵和推进装置,与传统的舵和桨的组合相比具有更强的操纵性能,尤其是应对特殊复杂情况,例如原地回转、横向移动、急速后退和低速范围内操舵等。但是全回转推进器与舵的作用原理不同,在实际操作过程中与舵有很大的差异。本文采用基于RANS的CFD数值方法,重点开展全回转推进器作用下的船舶操纵性数值模拟与预报研究,分析其操纵特点,并与传统的舵和桨组合的操纵性特点进行比较,研究结果用于指导实际操舵以及船舶设计中对全回转推进器的设计和布置。本文基于重叠网格技术,采用RANS方程,结合六自由度运动方程以及叶元体理论体积力法,模拟船体在全回转推进器作用下自航状态的操纵运动过程,对自研软件Oship中自航模操纵性试验模块进行了完善。首先采用DTMB 5415模型,模拟其自航状态下常规舵的回转试验以及Z形操纵试验,并将结果与SIMMAN2008会议提供的试验数据进行比对,验证了该方法能够有效地模拟出自航状态下船体操纵运动的过程,模拟的精度能够满足工程分析要求。其次以某客船为研究对象,开展了在双全回转推进器作用下的回转试验以及Z形操纵试验数值模拟,同时为了说明全回转推进器的操纵特殊性,还模拟了相同情况下配备传统舵和桨组合的操纵性试验与之对比,并且开展了不同初始航速对全回转推进器操纵特性的影响研究。另外以某车客渡船为研究对象,模拟对角线布置全回转推进器的Z形操纵试验,分析特殊布置情况下全回转推进的操纵性能,并对不同推进器间距对操纵性能的影响进行研究,结果表明增加推进器的间距能够缩短操纵时间,提高操纵效率,但是影响的程度并不十分显著。本文研究表明全回转推进器在低航速状态下具有优良的操纵性能,且操纵稳定性对初始航速非常敏感,在实际操舵过程中应先降低航速再进行大角度操舵才能体现其操纵性能。

关键词：全回转推进器船舶操纵性重叠网格 RANS方法体积力法

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