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超大型船舶推进轴系校中理论研究
作 者: 周瑞平
导 师: 高孝洪
学 校: 武汉理工大学
专 业: 轮机工程
关键词: VLCC 船舶推进轴系 轴系弹性校中 支承刚度 螺旋桨水动力 校中衡准
分类号: U664
类 型: 博士论文
年 份: 2005年
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内容摘要
近年来,随着新一代巨型超级油船VLCC和超大型油船ULCC出现,轴系的刚性增加,船体的柔性增大,使得轴系的校中非常困难,传统的轴系校中方法难以适应轴系校中的要求,因此,有必要研究适用于超大型船舶轴系校中的计算方法、测量手段和安装检验准则。作者在查阅国内大量文献资料的基础上,提出了超大型船舶推进轴系弹性校中的概念,对其理论进行了系统深入地研究,建立了轴系弹性校中计算模型,在国内率先开发了具有自主知识产权的弹性校中计算软件,通过在实际中的应用,能满足超大型船舶轴系校中的需要。 论文对超大型船舶推进轴系弹性校中计算理论进行了系统深入地研究。①根据超大型船舶推进轴系设计、安装检验的需要,提出了推进轴系弹性校中的概念,系统地研究了弹性校中计算的有限元法、传递矩阵法和三弯矩方程法等,通过改进使三种方法均能适用于超大型船舶推进轴系弹性校中计算的需要。同时,提出了弹性校中计算是多因素综合计算的结果,对超大型船舶推进轴系校中衡准应以弹性校中计算的结果为基础。在系统研究弹性校中计算理论的基础上,基于Visual Basic.Net面向对象的编程工具,开发了具有自主知识产权的超大型船舶轴系弹性校中计算软件。软件具有界面友好,操作简便,通用性强,便于二次开发等特点,能满足弹性校中计算的需要。②根据流体润滑动力学理论以及国内外学者所给出的近似计算公式,结合轴系弹性校中计算有限元模型,提出了一种确定轴系在实际运转过程中艉管轴承支承点位置以及轴心空间位置的计算方法,有利于准确地确定轴系在实际工作过程中轴系中心线的位置和轴承支反力:该方法简单易行,也可用于其它轴承支承位置的确定。针对大型船舶尾管轴承工作特点,基于流体润滑动力学理论,建立了艉管轴承的非线性模型。讨论了轴承油膜刚度的数值计算方法,建立了艉管轴承的动力润滑模型,给出了求解油膜压力分布的有限元方法,导出了油膜主要特征参数的计算公式。③根据螺旋桨水动力计算的传统方法一拟定常理论,同时结合螺旋桨设计计算理论,应用面元法对螺旋桨进行水动力计算,其计算结果与实验结果更接近,计算精度高,计算方便,能够较好的运用于弹性校中计算中水动力的计算。④分析研究了弹性校中计算最优化方法,建立了弹性校中优化计算模型,并将遗传算法应用于弹性校中优化计算,根据弹性校中计算的特点,对标准遗传算法进行了改进,将优选技术、非线性排名选择机制与基于实数编码的遗传算法相结合,建立了遗传算法优化模型。与标准遗传算法相比,改进后的优化算法具有
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全文目录
第1章 绪论 12-20 1.1 目的和意义 12-15 1.2 国内外研究现状分析 15-18 1.3 本文的主要工作 18-20 1.3.1 研究目标 18-19 1.3.2 本文的研究工作 19-20 第2章 推进轴系弹性校中计算模型及算法研究 20-50 2.1 概述 20 2.2 轴系弹性校中计算分析 20-23 2.2.1 弹性校中计算 20-21 2.2.2 弹性校中计算的影响因素 21-23 2.3 弹性校中计算模型 23-25 2.3.1 轴系简化的一般原则 23-24 2.3.2 坐标系定义 24 2.3.3 力学模型 24-25 2.4 弹性校中计算方法概述 25-26 2.5 弹性校中有限元计算法 26-34 2.5.1 基本假设 26-27 2.5.2 基本理论 27-34 2.6 传递矩阵法 34-37 2.7 三弯矩方程法 37-49 2.7.1 连续梁及三弯矩理论 37-38 2.7.2 传统三弯矩方程 38-40 2.7.3 传统三弯矩方程方程组的矩阵表达形式 40-42 2.7.4 三弯矩方程的改进 42-49 2.8 本章小结 49-50 第3章 滑动轴承的动力特性 50-71 3.1 引言 50-51 3.2 流体润滑动力理论 51-55 3.2.1 非定常运动雷诺方程 51-52 3.2.2 雷诺方程边界条件 52-53 3.2.3 雷诺方程有限元解法 53-55 3.3 油膜刚度和阻尼系数 55-61 3.3.1 油膜刚度和阻尼系数的表达式 55-57 3.3.2 轴承油膜刚度与阻尼系数的有差分计算法 57-58 3.3.3 轴承油膜刚度与阻尼系数的有限元法 58-61 3.4 艉管轴承非线性模型 61-67 3.4.1 模型假设 62-63 3.4.2 尾管轴承流体润滑动力学理论 63-64 3.4.3 特征参数计算 64-65 3.4.4 艉管轴承支反力作用点的确定 65-67 3.5 计算实例 67-70 3.5.1 油膜压力分布结果 67-68 3.5.2 艉管后轴承油膜刚度 68-69 3.5.3 艉管轴承支承点和轴系中心空间位置 69-70 3.6 本章小结 70-71 第4章 螺旋桨水动力计算方法 71-83 4.1 概述 71 4.2 拟定常方法 71-75 4.3 面元法 75-80 4.3.1 基本理论 76-77 4.3.2 数值方法 77-80 4.4 计算示例 80-82 4.5 本章小结 82-83 第5章 遗传算法的改进及弹性校中最优计算 83-97 5.1 引言 83 5.2 遗传算法及其改进 83-92 5.2.1 概述 83-85 5.2.2 标准遗传算法 85-88 5.2.3 对标准遗传算法的改进 88-92 5.3 弹性校中最优化计算模型 92-95 5.3.1 设计变量的选取 92-93 5.3.2 目标函数 93 5.3.3 约束条件 93-95 5.4 轴系弹性校中的优化计算 95-96 5.5 本章小结 96-97 第6章 弹性校中的几个问题讨论 97-113 6.1 引言 97 6.2 曲轴的刚性及校中计算中等效直径的计算分析 97-104 6.2.1 实际曲轴与等效曲轴模型刚性比较 98-99 6.2.2 曲轴等效模型 99-104 6.3 船体弹性变形 104-105 6.4 有关顶举曲线与轴承负荷计算讨论 105-108 6.4.1 问题提出 105 6.4.2 顶举曲线分析 105-106 6.4.3 问题的解决 106-108 6.5 轴承支反力的应变片测量分析 108-112 6.5.1 应变片法测量特点 108 6.5.2 应变片测量基本原理 108-109 6.5.3 轴系支承截面弯矩及轴承负荷计算 109-112 6.6 本章小结 112-113 第7章 弹性校中计算软件实现及实例分析 113-129 7.1 弹性校中计算软件 113-114 7.1.1 概述 113 7.1.2 软件流程 113 7.1.3 软件的主要功能 113-114 7.2 计算实例选择 114-127 7.2.1 推进轴系的基本参数 115-116 7.2.2 轴系直线校中计算 116-117 7.2.3 刚度对轴系校中的影响 117-119 7.2.4 轴系静态校中计算 119-120 7.2.5 考虑螺旋桨水动力作用的校中计算 120-122 7.2.6 艉管后轴承轴系曲线 122-123 7.2.7 考虑船体变形时的校中计算 123-125 7.2.8 考虑轴承油膜刚度时的轴系校中计算 125-126 7.2.9 优化计算结果 126-127 7.3 本章小结 127-129 第8章 总结与展望 129-138 8.1 本文工作的总结 129-130 8.2 工作展望 130-138 致谢 138-139 附录1 螺旋桨水动力参数表 139-140 附录2 柴油机输出法兰最大载荷允许范围图 140-141 附录3 轴系的基本数据 141-143 附录4 近3年发表的论文 143-144 附录5 近3年科研项目 144
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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶机械
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