船舶軸系性能提升與運(yùn)行安全

目錄
“交通安全科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(jìn)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(yùn)行研究現(xiàn)狀　6　
1.3.1　基于流固耦合理論的流體-船舶動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀　6　
1.3.2　主機(jī)激勵(lì)下軸系振動(dòng)研究現(xiàn)狀　8　
1.3.3　船體變形下軸系振動(dòng)建模及耦合特性研究現(xiàn)狀　9　
1.3.4　船舶軸系耦合振動(dòng)研究現(xiàn)狀　10
參考文獻(xiàn)　12
第2章　研究對(duì)象概況及基本假設(shè)　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(shè)　22
參考文獻(xiàn)　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(jìn)系統(tǒng)分析工具　43
參考文獻(xiàn)　45
第4章　基于流固耦合理論的流體-船舶動(dòng)力學(xué)研究　46　
4.1　流體-船舶耦合動(dòng)力學(xué)基本理論　46　
4.1.1　波動(dòng)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(jì)算與模型驗(yàn)證　56　
4.3.1　基本參數(shù)定義　56　
4.3.2　流固耦合數(shù)值計(jì)算　56　
4.3.3　計(jì)算結(jié)果分析　57　
4.4　流體-船舶變形實(shí)驗(yàn)研究　60　
4.4.1　流體實(shí)驗(yàn)介紹　60　
4.4.2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析　62
參考文獻(xiàn)　63
第5章　主機(jī)激勵(lì)下軸系振動(dòng)建模研究　64　
5.1　主機(jī)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(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件慣性力及重力產(chǎn)生的作用力　67　
5.1.3　主機(jī)激振力的合力　70　
5.2　主機(jī)-推進(jìn)軸系建模　70　
5.2.1　Lagrange方程　71　
5.2.2　主機(jī)-推進(jìn)軸系系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程　72　
5.2.3　連續(xù)性與邊界條件　75　
5.2.4　主機(jī)-推進(jìn)軸系耦合方程分析　77　
5.3　主機(jī)作用下船舶軸系動(dòng)力響應(yīng)分析　80
參考文獻(xiàn)　82
第6章　船體變形下軸系振動(dòng)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dòng)力學(xué)分析　101　
6.5.1　船體-軸系系統(tǒng)的自由振動(dòng)及軸系頻率因子、變形因子　101　
6.5.2　動(dòng)力學(xué)響應(yīng)　103　
6.6　案例分析　104　
6.6.1　船體梁與推進(jìn)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(dòng)分析　109　
6.6.5　動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析　111　
6.7　模型實(shí)驗(yàn)　113　
6.7.1　實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)　113　
6.7.2　常規(guī)波浪浪頻激勵(lì)實(shí)驗(yàn)　114　
6.7.3　爆炸波激勵(lì)實(shí)驗(yàn)　123
參考文獻(xiàn)　126
第7章　船舶軸系耦合振動(dòng)研究　128　
7.1　船舶軸系扭轉(zhuǎn)-縱向耦合振動(dòng)研究　128　
7.1.1　船舶軸系扭轉(zhuǎn)-縱向耦合振動(dòng)建模分析　128　
7.1.2　模型驗(yàn)證與數(shù)值計(jì)算　132　
7.1.3　船體變形對(duì)推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)-縱向耦合振動(dòng)的影響　139　
7.1.4　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證　144　
7.2　船舶軸系扭轉(zhuǎn)-橫向耦合振動(dòng)研究　155　
7.2.1　船舶軸系扭轉(zhuǎn)-橫向耦合振動(dòng)建?！?55　
7.2.2　模型驗(yàn)證與數(shù)值計(jì)算　157　
7.2.3　船舶軸系扭轉(zhuǎn)-橫向耦合振動(dòng)影響分析　163　
7.3　船舶軸系橫向-縱向耦合振動(dòng)研究　168　
7.3.1　船舶軸系橫向-縱向耦合振動(dòng)建?！?68　
7.3.2　模型驗(yàn)證與數(shù)值計(jì)算　172　
7.3.3　船舶軸系橫向-縱向耦合振動(dòng)影響分析　184
參考文獻(xiàn)　187
第8章　船舶推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響因素的仿真研究　189　
8.1　船舶推進(jìn)系統(tǒng)基本參數(shù)及模型建立　189　
8.1.1　船舶推進(jìn)系統(tǒng)的基本參數(shù)　189　
8.1.2　船舶推進(jìn)系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)模型的建立　190　
8.1.3　船舶推進(jìn)系統(tǒng)模態(tài)頻率的計(jì)算　193　
8.2　船體變形對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)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(duì)推進(jìn)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的影響　198　
8.3　外部激勵(lì)對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響的仿真研究　204　
8.3.1　外部激勵(lì)的施加方式及基本參數(shù)　204　
8.3.2　外部激勵(lì)對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的影響　206　
8.4　油膜約束對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響的仿真研究　209　
8.5　油膜約束對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)軸心軌跡的影響　210
參考文獻(xiàn)　211
第9章　船舶軸系性能實(shí)驗(yàn)研究　213　
9.1　船舶推進(jìn)軸系實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制　213　
9.1.1　船舶軸系性能綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研制　213　
9.1.2　船舶軸系動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)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(dòng)測量原理及信號(hào)采集　225　
9.2　船舶軸系動(dòng)態(tài)特性理論分析模型　231　
9.2.1　實(shí)驗(yàn)臺(tái)軸系建模　231　
9.2.2　理論模型與數(shù)值模型的對(duì)比　233　
9.3　船舶軸系復(fù)雜激勵(lì)下的多向振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究　234　
9.3.1　實(shí)驗(yàn)測試工況介紹　236　
9.3.2　功率譜分析　237　
9.3.3　時(shí)域結(jié)果分析　240　
9.4　船舶軸系動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)研究　242　
9.4.1　船體變形激勵(lì)幅值對(duì)軸系振動(dòng)特性的影響　243　
9.4.2　船體變形激勵(lì)頻率對(duì)軸系振動(dòng)特性的影響　244　
9.4.3　船體變形激勵(lì)方向?qū)S系振動(dòng)特性的影響　246　
9.4.4　轉(zhuǎn)速對(duì)軸系振動(dòng)特性的影響　247　
9.5　船舶推進(jìn)軸系實(shí)船實(shí)驗(yàn)研究　248　
9.5.1　實(shí)船實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)　248　
9.5.2　實(shí)船實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析　251
參考文獻(xiàn)　255