基于虛擬樣機技術(shù)的氣墊船推進軸素動力學(xué)特性研究.pdf

1、氣墊船的結(jié)構(gòu)特點,使船體-推進軸系在復(fù)雜海洋環(huán)境中的耦合問題進一步明顯。由于船體-軸系耦合振動問題的復(fù)雜性,傳統(tǒng)的船舶推進軸系的研究方法大多建立在剛性船體或船體靜態(tài)變形的基礎(chǔ)上,忽略了軸系和船體之間的耦合聯(lián)系,無法滿足氣墊船推進軸系動力學(xué)特性的研究。因此,從船體-推進軸系整體運動的角度出發(fā),進行氣墊船推進軸系動力學(xué)特性研究,對于氣墊船的發(fā)展具有重要意義。
　　 本文在系統(tǒng)論述軸系及船體振動、復(fù)雜海洋環(huán)境激勵和虛擬樣機技術(shù)發(fā)展概況

2、和研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,應(yīng)用現(xiàn)代虛擬樣機技術(shù),圍繞氣墊船推進軸系動力學(xué)特性問題,進行了詳細研究。論文具體內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 1.針對氣墊船推進軸系的結(jié)構(gòu)特點,詳細闡述有限元、模態(tài)綜合法、多體動力學(xué)和優(yōu)化理論等虛擬樣機技術(shù)的支撐理論,并對剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)多體動力學(xué)分析的計算方法進行了分析:
　　 2.根據(jù)氣墊船推進軸系的結(jié)構(gòu)特點,提出了一種基于虛擬樣機技術(shù),融合多體系統(tǒng)運動學(xué)、動力學(xué)理論、計算機實體建模和多領(lǐng)域仿真技術(shù),

3、面向系統(tǒng)整體運動的船體-軸系動力學(xué)特性研究方法;
　　 3.對包括柔性船體、軸段、支承系統(tǒng)、彈性聯(lián)軸器和減速箱在內(nèi)的氣墊船推進軸系虛擬樣機建模方法進行了詳細研究。對船體Timoshenko離散建模方法和有限元方法建模進行了比較;對標準化、系列化的齒輪減速箱的參數(shù)化建模和虛擬裝配問題進行了分析,并對直齒輪副和斜齒輪副的接觸剛度進行了研究;
　　 4.通過簡化的單軸-彈性支承系統(tǒng)和多段軸-彈性支承系統(tǒng)虛擬樣機動力學(xué)模型,采用

4、正弦載荷掃頻進行了系統(tǒng)的頻響特性分析,全面研究了軸-彈性支承系統(tǒng)在基礎(chǔ)受不同位移激勵、不同相位和激勵頻率下的軸系的動力學(xué)響應(yīng)問題,比較了剛性軸-彈性支承系統(tǒng)和彈性軸-彈性支承系統(tǒng)的區(qū)別,得到了相應(yīng)的結(jié)論;
　　 5.通過在虛擬樣機環(huán)境中建立船體實時變形的狀態(tài)變量,建立了船體-軸系耦合運動的動力學(xué)模型。通過簡化的船體-多段軸-彈性支承動力學(xué)模型,對影響軸承支承力的因素進行了仿真研究;
　　 6.運用本文提出的基于虛擬樣機技

5、術(shù)的船體-軸系動力學(xué)特性的研究方法,通過結(jié)構(gòu)拓撲分析,建立了氣墊船推進軸系實驗裝置的虛擬樣機仿真模型。對推進軸系中減速齒輪箱、中間軸等進行了多種工作狀態(tài)下的動力學(xué)特性研究,取得的結(jié)論對實船的研究工作具有相應(yīng)的指導(dǎo)意義;
　　 7.對影響推進軸系動力學(xué)特性的推進槳激勵力和波浪載荷對船體的激勵作用進行了詳細研究,運用船體運動響應(yīng)的頻域研究方法,確定了頻域研究中船體運動響應(yīng)頻響函數(shù)的求解方法,通過線性波浪疊加法構(gòu)造了給定海浪譜下的隨機

6、波浪時域模型和海浪波面角時域模型,該時域模型可為進一步的實船船體運動分析提供激勵輸入:
　　 8.對氣墊船推進軸系進行了優(yōu)化設(shè)計研究。分析了氣墊船推進軸系優(yōu)化設(shè)計中目標函數(shù)、設(shè)計變量和約束函數(shù)的選取問題。采用虛擬樣機參數(shù)化建模方法,結(jié)合海浪激勵的分析結(jié)果,應(yīng)用廣義縮減梯度法對砰擊海情下氣墊船推進軸系進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化;
　　 9.首次提出了一種能模擬復(fù)雜海洋環(huán)境的激勵可控的柔性基礎(chǔ)軸系推進系統(tǒng)實驗裝置的設(shè)計思想,設(shè)計建造了柔