船舶在海上航行時,由于風(fēng)浪的影響將在平衡位置附近做復(fù)雜的搖蕩運動,而這類搖蕩運動產(chǎn)生的大位移、低頻率的運動會以牽連運動的形式對船舶動力裝置運行的穩(wěn)定性造成影響,因此研究船體搖蕩運動下船用旋轉(zhuǎn)機械的動力學(xué)特性具有重要意義。本文以船用旋轉(zhuǎn)機械的核心部件轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)為研究對象,考慮了船體垂蕩和縱搖的耦合運動以及轉(zhuǎn)子在軸瓦內(nèi)發(fā)生傾斜等因素,通過第二類拉格朗日方程推導(dǎo)了船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動力學(xué)方程,采用數(shù)值方法研究了該系統(tǒng)的非線性動力學(xué)行為,主要工作和結(jié)果如下:（1）分析了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化時系統(tǒng)的動力學(xué)行為�；诙梯S承油膜力假設(shè),建立了船體垂蕩和縱搖耦合運動下船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動力學(xué)模型,數(shù)值計算結(jié)果表明,在船體垂蕩和縱搖耦合運動的影響下,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)第一次失穩(wěn)后會出現(xiàn)復(fù)雜的擬周期分岔與倒分岔現(xiàn)象;在高轉(zhuǎn)速時,船舶運動會提高轉(zhuǎn)子的第二次失穩(wěn)轉(zhuǎn)速,系統(tǒng)再次經(jīng)過擬周期分岔進入擬周期運動,直至最終轉(zhuǎn)子碰觸軸瓦內(nèi)壁。（2）探討了船體運動參數(shù)變化時轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動特性。當(dāng)垂蕩運動幅值在較小范圍內(nèi)變化時,牽連運動對船用轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)特性的影響不大;隨著垂蕩幅值的不斷增大,轉(zhuǎn)子的振幅會隨之急劇增加,系統(tǒng)運動從擬... 

【文章來源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

船舶六自由度搖蕩運動示意圖

2垂蕩和縱搖耦合作用下船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動力學(xué)建模62垂蕩和縱搖耦合作用下船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動力學(xué)建模2.1引言對船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)進行動力學(xué)研究的前提是根據(jù)實際問題的非線性特征，充分考慮影響轉(zhuǎn)子振動的各種因素，并結(jié)合實際船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)特點，建立適當(dāng)?shù)膭恿W(xué)模型，從而為后續(xù)相關(guān)的系統(tǒng)動力學(xué)特性分析奠定理論基矗載體運動條件下轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動力學(xué)建模的基本思路是把載體的絕對運動考慮成系統(tǒng)的牽連運動，利用牛頓第二定律或Lagrange方程推導(dǎo)船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動力學(xué)方程。在方程中，牽連運動對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響是通過給轉(zhuǎn)子施加相應(yīng)的牽連慣性力的方式來實現(xiàn)的[51-53]。本章采用第二類Lagrange方程建立了船體垂蕩和縱搖運動作用下轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動力學(xué)模型�？紤]了船體垂蕩和縱搖運動條件下，轉(zhuǎn)子受到的切向牽連慣性力、法向牽連慣性力，垂蕩牽連慣性力以及陀螺力矩等；船用柴油機通常采用油膜軸承支承，而推導(dǎo)油膜力模型是一個涉及固流耦合的復(fù)雜計算問題，為了獲取合理且精確的油膜力模型，本章基于短軸承假設(shè)、半Sommerfeld條件等計算了軸承的非線性油膜力模型以及油膜力矩模型；同時考慮了不平衡力以及重力等因素對轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的影響。2.2動力學(xué)模型2.2.1船體垂蕩和縱搖運動船舶縱向受浪航行時，船體會繞其橫軸做周期性往復(fù)轉(zhuǎn)動運動，即縱搖運動，以及沿其垂直軸的上下往復(fù)運動，即垂蕩運動，又稱升沉運動。船舶的垂蕩和縱搖運動往往是同時發(fā)生的，如圖2.1所示，縱搖運動會導(dǎo)致垂蕩，垂蕩運動會導(dǎo)致縱搖，即所謂船體的耦合運動。只有當(dāng)船體漂心和重心在同一垂直直線上時，才有可能把二者分開。圖2.1船舶垂蕩和縱搖運動示意圖

有相同的角頻率。2.2.2船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)力學(xué)模型考慮到船用轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)非線性問題的復(fù)雜性，需要根據(jù)實際轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及計算要求對原有的復(fù)雜系統(tǒng)構(gòu)造進行簡化。簡化轉(zhuǎn)子模型的建模假設(shè)為：保持滑動軸承的位置不變，軸段的參數(shù)不變；對輪盤的相關(guān)參數(shù)、輪盤的個數(shù)及輪盤在轉(zhuǎn)軸上的位置進行合理簡化。因此將船用柴油機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡化為一個具有4自由度的單盤轉(zhuǎn)子。為方便動力學(xué)模型的建立，設(shè)R0(x0,y0,z0)為慣性參考系，固定在船舶的R(x,y,z)為非慣性參考系，R1(x1,y1,z1)為固連于圓盤上的局部坐標(biāo)系，如圖2.2所示。圖2.2船舶垂蕩和縱搖作用下轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)示意圖本文假設(shè)坐標(biāo)系R(x,y,z)的原點o為船體縱搖運動的旋轉(zhuǎn)中心，并假設(shè)轉(zhuǎn)子的左端點與船體轉(zhuǎn)動中心重合，則系統(tǒng)平動動能為：12TtaaT=mvv(2.1)式中：va為絕對平動速度，m為轉(zhuǎn)子質(zhì)量。記轉(zhuǎn)換矩陣Rθ為：cos0sin010.sin0cosR(2.2)由絕對速度公式：0TT()apvvRrRωr(2.3)

【參考文獻】：
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本文編號：2918095