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石油机械 2022年第5期50卷 106-112,133页

作者：智勤功中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院

作为杆管防偏磨设计的主要措施,扶正器配置方案的优化设计一直是油田关注的重点,而对抽油杆柱振动力学的研究是杆管防偏磨设计的基础。鉴于此,将两相邻扶正器之间抽油杆柱纵横耦合振动问题简化为具有初弯曲的简支梁在交变轴向载荷激励... 详细信息

作为杆管防偏磨设计的主要措施,扶正器配置方案的优化设计一直是油田关注的重点,而对抽油杆柱振动力学的研究是杆管防偏磨设计的基础。鉴于此,将两相邻扶正器之间抽油杆柱纵横耦合振动问题简化为具有初弯曲的简支梁在交变轴向载荷激励下的纵横耦合振动问题。在交变轴向载荷激励下,基于纵横弯曲梁理论,建立了两相邻扶正器之间抽油杆柱纵横耦合振动仿真的力学与数学模型。采用空间离散——时间连续与数值积分相结合的方法进行数值求解,实现了两相邻扶正器之间抽油杆柱纵横耦合振动的仿真模拟。仿真分析结果表明:相对于静力学模型仿真结果,动力学模型仿真结果的杆柱横向变形更大;杆柱的轴向载荷激励与杆柱的初弯曲是影响杆柱横向位移动力放大系数的主要原因。研究结果可为油井的杆管防偏磨设计提供思路。

关键词：扶正器抽油杆柱纵横耦合振动防偏磨空间离散仿真分析

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屋脊质构表面的轴承特性及对轴系纵横耦合振动影响研究

屋脊质构表面的轴承特性及对轴系纵横耦合振动影响研究

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作者：阳香铭华中科技大学

学位级别：硕士

国内外研究在计算影响船舶推进轴系纵横耦合振动的轴系支承刚度时,通常仅考虑液膜刚度,而忽视了轴承结合面的存在对轴系支承刚度的影响,导致理论计算的预报噪声与轴系实际振动噪声存在偏差,甚至低频振动线谱幅值预测值相对于实际值明显... 详细信息

国内外研究在计算影响船舶推进轴系纵横耦合振动的轴系支承刚度时,通常仅考虑液膜刚度,而忽视了轴承结合面的存在对轴系支承刚度的影响,导致理论计算的预报噪声与轴系实际振动噪声存在偏差,甚至低频振动线谱幅值预测值相对于实际值明显偏小。因此,本文探究轴承屋脊状质构结合面、轴瓦-轴承双层圆筒结构设计制造对轴承支承刚度的影响规律,进而明晰对船舶推进轴系纵横耦合振动的作用效果,通过理论建模、仿真分析验证等方式,开展了屋脊状质构的轴承特性及对船舶轴系纵横耦合振动影响研究,旨在提高轴系支承系统的刚度,降低轴系纵横耦合振动的低频线谱噪声,提高轴系运行的稳定性。具体研究工作如下:(1)基于有限元方法和统计学方法,提出了一种考虑基体变形相互影响的有序屋脊状质构结合面的新接触模型,探究了基体的弹性模量、质构的密度和高度分布等因素对结合面接触刚度的影响规律,为轴承刚度特性研究提供基础。(2)基于解析法,构建了非均匀周向载荷下的双层过盈圆筒接触模型,通过迭代法求解了粗糙圆柱面的径向刚度。分析了非均匀载荷、屋脊状质构结合面、弹性模量比、内外筒壁厚比和过盈量对双层圆筒径向刚度的影响。(3)基于曲线校中计算模型拟合轴承位置处的轴颈变形函数,构建了轴承润滑模型。以某推进轴系缩比台架为对象,求解了不同轴颈变形状态、倾角的液膜分布情况、液膜刚度等参数,作为屋脊质构表面的轴承支承刚度的计算依据。(4)建立了轴系纵横耦合振动计算模型,给出求解推进轴系支承系统刚度方法,改变轴瓦-轴承结构设计、过盈量和屋脊质构结合面粗糙程度等参数,探明了对纵横耦合振动特性的影响效果,找到了结合面存在导致低频线谱幅值放大的原因。并提出通过提高系统支承刚度以消减低频线谱噪声的结构设计及减小屋脊质构高度标准差的工艺方案,能有效地提高消振效果及运转稳定性。

关键词：屋脊状质构接触特性双层过盈圆筒曲线校中纵横耦合振动

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船舶推进轴系纵横耦合振动特性分析与实验研究

船舶推进轴系纵横耦合振动特性分析与实验研究

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作者：叶倬麟武汉理工大学

学位级别：硕士

船舶推进轴系是船舶动力系统的重要组成部分,随着船舶逐渐朝着大型化发展,船舶推进轴系也呈现长跨距、多支承的特点,加之其所受激励复杂,船舶推进轴系的耦合振动常有发生,且伴随有较大的噪声及复杂的频率成分。为了探究船舶推进轴系纵... 详细信息

船舶推进轴系是船舶动力系统的重要组成部分,随着船舶逐渐朝着大型化发展,船舶推进轴系也呈现长跨距、多支承的特点,加之其所受激励复杂,船舶推进轴系的耦合振动常有发生,且伴随有较大的噪声及复杂的频率成分。为了探究船舶推进轴系纵横耦合振动机理及特性,为船舶推进轴系纵横耦合振动的消减提供理论和技术基础,本文以某船舶推进轴系为研究对象,基于合理校中理论对其纵横耦合振动特性进行分析并展开实验研究。本文的主要研究内容如下:(1)在分析船舶动力系统组成、船舶推进轴系校中方法与支承特性的基础上,分析船舶推进轴系纵横耦合振动的机理。基于等效设计原理求得相似准则,推导梁单元纵横耦合振动方程,建立静压滑动轴承支承特性数值模型,采用有限差分法离散雷诺方程并求解油腔压强。(2)采用有限单元法对船舶推进轴系纵横耦合振动梁单元的单元矩阵进行推导并建立船舶推进轴系纵横耦合振动动力学模型,同时建立ANSYS有限元模型便于对比。基于合理校中,采用传递矩阵法对校中后各静压滑动轴承载荷进行求解,结合超松弛迭代法求解静压滑动轴承油膜压力分布,并进一步求解油膜刚度及支承刚度。(3)针对所建立的船舶推进轴系纵横耦合振动动力学模型,基于Matlab编写程序求解其固有特性。采用Newmark-β法对纵横耦合振动动力学模型进行动态响应求解,并分析耦合作用、轴承位置、支承刚度大小、油压、合理校中范围内校中因素等对船舶推进轴系固有特性及动态响应的影响。(4)设计和搭建船舶推进轴系缩比实验台,基于虚拟仪器技术开展推进轴系实验台纵横耦合振动固有特性及动态响应实验分析,分析合理校中范围内不同校中状态和不同油压下推进轴系实验台的纵横耦合振动特性,验证了理论分析的正确性并结合实验数据,提出纵横耦合振动消减策略。

关键词：船舶推进轴系纵横耦合振动静压滑动轴承固有特性动态响应

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船舶推进轴系纵横耦合振动响应分析(英文)

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船舶力学 2014年第12期18卷 1482-1494页

作者：杨志荣邹冬林饶柱石塔娜上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室集美大学轮机工程学院

文章针对船舶推进轴系多质量、多弹性支撑的工程实际结构,运用有限单元法,基于带弹性支撑、集中质量的纵横耦合振动梁单元的非线性刚度矩阵及质量矩阵,建立了结构有限元动力学分析模型,计算了其动态响应位移及幅频特性曲线,并对响应结... 详细信息

文章针对船舶推进轴系多质量、多弹性支撑的工程实际结构,运用有限单元法,基于带弹性支撑、集中质量的纵横耦合振动梁单元的非线性刚度矩阵及质量矩阵,建立了结构有限元动力学分析模型,计算了其动态响应位移及幅频特性曲线,并对响应结果进行了分析;由于纵横耦合振动存在着较强的耦合作用,其动态响应位移比无耦合作用下的位移大,在频域上有更多的激励频率分量;因此,在设计时系统的固有频率不仅要避开激励频率,同时要避开纵、横激励频率的线性组合;文中还研究了在不同激励力幅值和不同激励频率下船舶轴系耦合振动的非线性响应的影响规律。计算分析结果对船舶推进轴系的设计具有一定的指导借鉴意义。

关键词：船舶推进轴系纵横耦合振动有限元非线性效应动力学设计

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船舶推进轴系模拟台架的开发和纵横耦合振动特性研究

船舶推进轴系模拟台架的开发和纵横耦合振动特性研究

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作者：杨勇华中科技大学

学位级别：硕士

由于船体艉部明显低频线谱振动的产生机理不明,特别是未完全掌握由推进轴系纵横耦合效应所引起的低频线谱振动的振动特性,导致国产船舶推进轴系存在低频耦合振动噪声大、运行稳定性不佳以及轴承偏磨的问题。而且,船舶推进轴系较长,船体... 详细信息

由于船体艉部明显低频线谱振动的产生机理不明,特别是未完全掌握由推进轴系纵横耦合效应所引起的低频线谱振动的振动特性,导致国产船舶推进轴系存在低频耦合振动噪声大、运行稳定性不佳以及轴承偏磨的问题。而且,船舶推进轴系较长,船体内部结构复杂,加剧了上述问题的复杂性。因此,需要针对船舶推进轴系纵横耦合振动的产生机理和振动特性开展研究工作。为更好地开展实验研究,分析船舶推进轴系的振动特性,本文完成了工程化设计并开发了船舶推进轴系模拟缩比台架,构建了船舶推进轴系的纵横耦合振动模型,利用数值法和解析法研究轴系的纵横耦合振动特性,并在此基础上提出了轴系纵横耦合振动的消减措施。同时,搭建轴系振动实验台,开展轴系的振动实验,复现并验证轴系的耦合振动特性。本文具体的研究内容如下:(1)参考某型号船舶多支承轴系的结构参数,遵循两轴系动静力学相似的原则,对原轴系结构进行比例缩小和等效替换,开发船舶推进轴系模拟缩比台架。并对模拟缩比台架轴系进行校中计算,提出曲线校中工艺,以此指导轴系的安装和调试,对调试后的轴系开展性能测试,证明该校中安装方法的有效性。(2)设计轴系挠曲轴线测量方法,以无衍射光为基准,用光栅位移传感器测量各测点的挠度差,并用CCD相机对无衍射光进行测量以修正各点挠度差,从而获得准确的测量轴线,将测量轴线与理论轴线进行对比,进一步检验轴系校中安装的效果。(3)基于平面梁单元的力学特性,构建考虑边界条件的船舶推进轴系纵横耦合振动模型,并用数值法和解析法对模型进行分析。以模拟缩比台架轴系为例,研究纵横耦合振动的幅频特性,探究轴系参数及轴系校中因素对耦合振动的影响,并从减弱纵横耦合效应、调频或设置禁速区、良好的轴系校中三个方面提出了轴系纵横耦合振动的消减措施。(4)搭建模拟缩比台架轴系振动实验台,基于理论分析的结果,对模拟缩比台架轴系的自由振动和纵横耦合振动进行实验,以验证理论分析的正确性,复现轴系的纵横耦合振动现象。

关键词：船舶推进轴系模拟缩比台架曲线校中纵横耦合振动振动实验

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