计入船体变形和主机激励的大型船舶轴系振动建模研究

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1、分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目计入船体变形和主机激励的大型船舶轴系振动建模研究英文StudyofVibrationModelforLargeScaleShipShafting题目SubjectedtoHullDeformationsandMainEngineExcitations研究生姓名田哲姓名严新平职称教授学位博士指导教师单位名称能源与动力工程学院邮编430063申请学位级别博士学科专业名称轮机工程论文提交日期2016-09论文答辩日期2016-12学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人教

2、育部学位中心盲审教育部学位中心盲审教育部学位中心盲审2016年12月独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子

3、版，允许论文被查阅和借阅。本人承诺所提交的学位论文（含电子学位论文）为答辩后经修改的最终定稿学位论文，并授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期：*摘要船舶推进系统主要由船舶主推进装置、支承系统、推进器、机舱自动化系统及相关辅助机械设备系统组成，它担负着提供能源供应，动力传递，船舶推

4、进的重要使命，是船舶的重要组成部分。近年来船舶大型化发展可有效提升全球海洋货物运输的运力水平，同时设备大型化技术的突破是先进船舶设计建造水平的重要体现。大型化船舶作为一个典型的柔性体结构，在极端海洋环境下的波浪载荷作用下，容易产生变形以至于改变了原有轴系支承轴承的相对刚度和位置，从而引起了船舶推进系统服役环境发生变化。尤其针对大型散货船等尾机型的船舶，由于这类船舶轴系短、粗的特点使得推进轴系刚度较大，当轴承基座的垂向位置发生小幅度变化时，轴系会产生比较剧烈的振动，因此，研究不同航行工况及运行工况下的船体变形对推进系统动力性能的

5、影响，对于提高船舶推进轴系可靠性以及保障船舶的航行安全具有十分重要的意义。文中以大型船舶推进轴系为研究对象，考虑船体变形及主机激振作用对推进轴系振动产生的影响，初步建立计入船体变形因素的船舶推进轴系振动模型及计入主机激振作用的推进轴系振动模型。通过对所建立的推进轴系振动模型的分析，分别探究了船体变形和主机激励对推进轴系振动特性的影响，并且通过实验室环境下的船舶轴系振动试验对理论模型进行验证，提高建模理论的工程应用价值，为大型船舶推进轴系优化设计、安装、性能监测与维护提供方法与技术支持，也为延长船舶使用寿命而进行的修理和保养提供

6、参考。本文的主要工作如下：（1）推导了考虑船体变形因素的推进轴系振动建模理论。根据船体、主机、推进轴系、轴承等各个子结构运动学方程，运用变分法，整合出船体-推进轴系的耦合系统动力学方程。引入轴系相对变形因子、轴系的扭转因子等表征参数，以297000DWTVLCC为案例，研究了该类型船舶表征参数在设计过程中作用，对船体设计初级阶段提供合理优化建议。（2）探讨主机作用力来源并建立了主机激励下的主机-推进轴系振动模型，*本论文的研究得到了下列项目的资助：国家自然科学基金重点项目（51139005）和中央高校基本科研业务费专项资金（2

7、013-YB-005）、（2014-JL-006）。I分析了轴系的扭转振动和回旋振动之间的耦合效应影响，同时以8530TEU集装箱船中MANB&W12K98MC-C大型主机为案例验证模型的正确性。（3）基于实验室环境下船舶轴系动态特性试验平台，依据建模理论对试验台轴系建模，试验与理论对模型进行验证，同时试验法分析了船体变形及不同转速工况下对船舶轴系振动的影响。（4）以8530TEU母型船为实船测试对象，针对其推进轴系进行试验研究，对不同海况及运行工况下引起的船体变形和主机激励作用产生的轴系振动响应进行分析。通过以上船体-轴系振

8、动建模和主机-推进轴系振动建模研究，从理论分析的角度对船舶设计和建造初级阶段提出了须将轴系频率因子表征参数（即轴系和船体一阶弯曲频率比）远离1的优化建议，以及在运行过程中通过监测并设置合理的转速等参数来规避主机-推进轴系系统的扭转-回旋耦合振动影响，减少轴系损失，保证船舶的可