基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的氣墊船推進(jìn)軸素動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、氣墊船的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使船體-推進(jìn)軸系在復(fù)雜海洋環(huán)境中的耦合問(wèn)題進(jìn)一步明顯。由于船體-軸系耦合振動(dòng)問(wèn)題的復(fù)雜性,傳統(tǒng)的船舶推進(jìn)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(wú)法滿足氣墊船推進(jìn)軸系動(dòng)力學(xué)特性的研究。因此,從船體-推進(jìn)軸系整體運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā),進(jìn)行氣墊船推進(jìn)軸系動(dòng)力學(xué)特性研究,對(duì)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(dòng)、復(fù)雜海洋環(huán)境激勵(lì)和虛擬樣機(jī)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(jī)技術(shù),圍繞氣墊船推進(jìn)軸系動(dòng)力學(xué)特性問(wèn)題,進(jìn)行了詳細(xì)研究。論文具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　 1.針對(duì)氣墊船推進(jìn)軸系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),詳細(xì)闡述有限元、模態(tài)綜合法、多體動(dòng)力學(xué)和優(yōu)化理論等虛擬樣機(jī)技術(shù)的支撐理論,并對(duì)剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)分析的計(jì)算方法進(jìn)行了分析:
　　 2.根據(jù)氣墊船推進(jìn)軸系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了一種基于虛擬樣機(jī)技術(shù),融合多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)理論、計(jì)算機(jī)實(shí)體建模和多領(lǐng)域仿真技術(shù),

3、面向系統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)的船體-軸系動(dòng)力學(xué)特性研究方法;
　　 3.對(duì)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(jìn)軸系虛擬樣機(jī)建模方法進(jìn)行了詳細(xì)研究。對(duì)船體Timoshenko離散建模方法和有限元方法建模進(jìn)行了比較;對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的齒輪減速箱的參數(shù)化建模和虛擬裝配問(wèn)題進(jìn)行了分析,并對(duì)直齒輪副和斜齒輪副的接觸剛度進(jìn)行了研究;
　　 4.通過(guò)簡(jiǎn)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(jī)動(dòng)力學(xué)模型,采用

4、正弦載荷掃頻進(jìn)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(lì)、不同相位和激勵(lì)頻率下的軸系的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)問(wèn)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(guò)在虛擬樣機(jī)環(huán)境中建立船體實(shí)時(shí)變形的狀態(tài)變量,建立了船體-軸系耦合運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)簡(jiǎn)化的船體-多段軸-彈性支承動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)影響軸承支承力的因素進(jìn)行了仿真研究;
　　 6.運(yùn)用本文提出的基于虛擬樣機(jī)技

5、術(shù)的船體-軸系動(dòng)力學(xué)特性的研究方法,通過(guò)結(jié)構(gòu)拓?fù)浞治?建立了氣墊船推進(jìn)軸系實(shí)驗(yàn)裝置的虛擬樣機(jī)仿真模型。對(duì)推進(jìn)軸系中減速齒輪箱、中間軸等進(jìn)行了多種工作狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)特性研究,取得的結(jié)論對(duì)實(shí)船的研究工作具有相應(yīng)的指導(dǎo)意義;
　　 7.對(duì)影響推進(jìn)軸系動(dòng)力學(xué)特性的推進(jìn)槳激勵(lì)力和波浪載荷對(duì)船體的激勵(lì)作用進(jìn)行了詳細(xì)研究,運(yùn)用船體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的頻域研究方法,確定了頻域研究中船體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)頻響函數(shù)的求解方法,通過(guò)線性波浪疊加法構(gòu)造了給定海浪譜下的隨機(jī)

6、波浪時(shí)域模型和海浪波面角時(shí)域模型,該時(shí)域模型可為進(jìn)一步的實(shí)船船體運(yùn)動(dòng)分析提供激勵(lì)輸入:
　　 8.對(duì)氣墊船推進(jìn)軸系進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。分析了氣墊船推進(jìn)軸系優(yōu)化設(shè)計(jì)中目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量和約束函數(shù)的選取問(wèn)題。采用虛擬樣機(jī)參數(shù)化建模方法,結(jié)合海浪激勵(lì)的分析結(jié)果,應(yīng)用廣義縮減梯度法對(duì)砰擊海情下氣墊船推進(jìn)軸系進(jìn)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(lì)可控的柔性基礎(chǔ)軸系推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)建造了柔