ANSYS在船舶軸系校中上的應用

季晨龍

摘 要：對于船舶而言，航行的安全性和穩定性尤為重要，而軸系校中是確保船舶穩定運行的重要環節之一。基于此點，闡述了對船舶軸系校中的必要性，并在基礎上研究了ANSYS在船舶軸系校中上的具體應用，以期能夠對提高船舶軸系校中質量有所幫助。

關鍵詞：船舶；ANSYS；軸系校中；質量

中圖分類號：U664.21 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）11-0065-02

1 對船舶軸系校中的必要性

船舶軸系校中要按照一定要求和方法，將需要校中的軸系敷設成為某種狀態，使其全部軸承上的負荷和各個軸段內的應力均在允許范圍之內，借此來使其達到最佳數值，從而確保軸系正常運轉。如果船舶軸系校中不良，則會產生諸多危害，具體體現在以下幾個方面：①增大螺旋槳軸承負荷，特別在軸承后端會出現過大局部負荷，加快軸承的磨損速度，進而造成軸承損壞；②減小前尾管軸承負荷，以產生非正負荷，促使軸承間距發生較大變化，在降低軸系回旋振動固有頻率的作用下，極有可能出現回旋振動共振轉速；③破壞前尾管軸承密封裝置，磨損中間軸軸承，尤其是柴油機后1～3個主軸承有可能遭到損壞；④齒輪箱前軸承與后軸承的負荷差值增大，對建立油膜產生負面影響，造成齒輪嚙合不良，嚴重情況下，還會產生軸承合金燒熔、推力軸承和推力塊發熱、齒擊振動等，進而導致船體尾部振動。基于上述原因，有必要對船舶軸系進行校中，特別是對超大型船舶，為了確保其正常穩定運轉，必須采取科學的計算方法進行校中，避免因軸系校中不良造成嚴重后果。

2 ANSYS在船舶軸系校中上的具體應用研究

2.1 ANSYS的基本假設

采用ANSYS法對船舶軸系進行校中時，在具體編程前，需要對船舶軸系進行假設，以滿足ANSYS的計算要求，需要進行假設以下幾點內容：①連續性。一般情況下，固體物質的顆粒間會存在一定的空隙，所以其不具備連續性的特征，但這種空隙相對比較微小，所以可忽略不計，因此，假定固體連續存在于整個體積當中。②均勻性。假定固體內所有點位處的力學特性全部相同。③各向同性。假定固體在任何方向上的力學性能均相同。④小變形。假定物體的尺寸與其自身變形相比較大，在這一基礎上，可將加力點在物體變形前后的位置忽略不計。⑤彎曲彈性。假設材料具備絕對彈性。⑥線性相關性。假定船舶軸系材料符合胡克定律的要求，也就是說載荷與變形這兩者之間成比例關系。

通過上述假設，可將系統確定為線性系統，這樣在解決力學問題時，便可利用疊加的原理。

2.2 建立坐標系

在ANSYS軸系校中的計算過程中，可以采用與傳遞矩陣相同的坐標系，具體如下：將坐標原點確定為軸系螺旋槳末端，x軸為中心線，方向指向船艏且為正向；z軸正向為過原點垂直x軸向上，按照右手法則的相關理論，y軸的方向為垂直紙面向內。P和q分別代表集中和均布載荷；Zb表示軸承變位；θ代表軸截面轉角；Q代表軸截面建立；M表示彎矩；m代表外加力偶；R代表軸承支反力，均取圖1中各量的方向為正，軸承位移向上為負、向下為正。

2.3 ANSYS剛度矩陣

當獲得軸系當中各個單元的剛度矩陣后，便可根據一定的規律，將這些矩陣合并成總體剛度矩陣，再將其帶入到預先給定的約束條件中，便可以進行校中計算。

2.4 軸系校中計算過程簡化

因為船舶軸系各軸段的直徑不同，所以在計算時應當將其視為變截面梁，根據具體情況分為剛性支承和彈性支承。軸系校中的簡化方法有以下幾種：①處理軸系自重。以均布載荷的方式加載船舶軸系各主要組成部分的自重，對尾軸自重計算時還需考慮水或油的浮力。②處理載荷。以均布載荷的方式加載連接法蘭、減速齒輪箱大齒輪、推力盤、螺旋槳、飛輪等與相應軸段等軸徑的部分，除此之外的部分要以集中載荷的方式進行加載。③曲軸等部件的處理。依據ANSYS計算，可以取曲軸軸頸直徑的60%作為圓棒直徑，如果主機制造廠商給出等效直徑，也可在計算過程中直接采用，這樣能夠進一步簡化計算步驟。④軸承質點選擇。通常情況下，船舶推進軸系當中的長徑比均≤1.0，在對這類軸系進行靜動態校中計算時，可將支點選在軸承上。動態校中時，螺旋槳的重力會對軸系產生一定程度的影響，這部分影響可將水動力產生的彎矩和力互相抵消。所以，在動態條件下，可將支點的初選位置向前移動，而其他軸承支點的位置則可以取軸承中點。3 結束語

綜上所述，對于船舶而言，軸系校中是一項較為重要的工作，為了確保校中質量，可在具體校中過程中合理運用ANSYS。本文重點對ANSYS在船舶軸系校中上的應用進行了論述，并提出了校中時簡化計算的方法。結果表明，通過ANSYS能夠對船舶軸系進行準確校中，有助于船舶軸系校中質量的提高。

參考文獻

[1]李世其，楊金中，劉世平.改進遺傳算法在船舶軸系動態優化校中上的應用[J].中國水運（下半月），2012（01）.

[2]周瑞平，張升平，楊建國.三彎矩方程的改進及在船舶軸系動態校中中的應用[J].船舶工程，2003（01）.

〔編輯：李玨〕

摘 要：對于船舶而言，航行的安全性和穩定性尤為重要，而軸系校中是確保船舶穩定運行的重要環節之一。基于此點，闡述了對船舶軸系校中的必要性，并在基礎上研究了ANSYS在船舶軸系校中上的具體應用，以期能夠對提高船舶軸系校中質量有所幫助。

關鍵詞：船舶；ANSYS；軸系校中；質量

中圖分類號：U664.21 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）11-0065-02

1 對船舶軸系校中的必要性

船舶軸系校中要按照一定要求和方法，將需要校中的軸系敷設成為某種狀態，使其全部軸承上的負荷和各個軸段內的應力均在允許范圍之內，借此來使其達到最佳數值，從而確保軸系正常運轉。如果船舶軸系校中不良，則會產生諸多危害，具體體現在以下幾個方面：①增大螺旋槳軸承負荷，特別在軸承后端會出現過大局部負荷，加快軸承的磨損速度，進而造成軸承損壞；②減小前尾管軸承負荷，以產生非正負荷，促使軸承間距發生較大變化，在降低軸系回旋振動固有頻率的作用下，極有可能出現回旋振動共振轉速；③破壞前尾管軸承密封裝置，磨損中間軸軸承，尤其是柴油機后1～3個主軸承有可能遭到損壞；④齒輪箱前軸承與后軸承的負荷差值增大，對建立油膜產生負面影響，造成齒輪嚙合不良，嚴重情況下，還會產生軸承合金燒熔、推力軸承和推力塊發熱、齒擊振動等，進而導致船體尾部振動。基于上述原因，有必要對船舶軸系進行校中，特別是對超大型船舶，為了確保其正常穩定運轉，必須采取科學的計算方法進行校中，避免因軸系校中不良造成嚴重后果。

2 ANSYS在船舶軸系校中上的具體應用研究

2.1 ANSYS的基本假設

采用ANSYS法對船舶軸系進行校中時，在具體編程前，需要對船舶軸系進行假設，以滿足ANSYS的計算要求，需要進行假設以下幾點內容：①連續性。一般情況下，固體物質的顆粒間會存在一定的空隙，所以其不具備連續性的特征，但這種空隙相對比較微小，所以可忽略不計，因此，假定固體連續存在于整個體積當中。②均勻性。假定固體內所有點位處的力學特性全部相同。③各向同性。假定固體在任何方向上的力學性能均相同。④小變形。假定物體的尺寸與其自身變形相比較大，在這一基礎上，可將加力點在物體變形前后的位置忽略不計。⑤彎曲彈性。假設材料具備絕對彈性。⑥線性相關性。假定船舶軸系材料符合胡克定律的要求，也就是說載荷與變形這兩者之間成比例關系。

通過上述假設，可將系統確定為線性系統，這樣在解決力學問題時，便可利用疊加的原理。

2.2 建立坐標系

在ANSYS軸系校中的計算過程中，可以采用與傳遞矩陣相同的坐標系，具體如下：將坐標原點確定為軸系螺旋槳末端，x軸為中心線，方向指向船艏且為正向；z軸正向為過原點垂直x軸向上，按照右手法則的相關理論，y軸的方向為垂直紙面向內。P和q分別代表集中和均布載荷；Zb表示軸承變位；θ代表軸截面轉角；Q代表軸截面建立；M表示彎矩；m代表外加力偶；R代表軸承支反力，均取圖1中各量的方向為正，軸承位移向上為負、向下為正。

2.3 ANSYS剛度矩陣

當獲得軸系當中各個單元的剛度矩陣后，便可根據一定的規律，將這些矩陣合并成總體剛度矩陣，再將其帶入到預先給定的約束條件中，便可以進行校中計算。

2.4 軸系校中計算過程簡化

因為船舶軸系各軸段的直徑不同，所以在計算時應當將其視為變截面梁，根據具體情況分為剛性支承和彈性支承。軸系校中的簡化方法有以下幾種：①處理軸系自重。以均布載荷的方式加載船舶軸系各主要組成部分的自重，對尾軸自重計算時還需考慮水或油的浮力。②處理載荷。以均布載荷的方式加載連接法蘭、減速齒輪箱大齒輪、推力盤、螺旋槳、飛輪等與相應軸段等軸徑的部分，除此之外的部分要以集中載荷的方式進行加載。③曲軸等部件的處理。依據ANSYS計算，可以取曲軸軸頸直徑的60%作為圓棒直徑，如果主機制造廠商給出等效直徑，也可在計算過程中直接采用，這樣能夠進一步簡化計算步驟。④軸承質點選擇。通常情況下，船舶推進軸系當中的長徑比均≤1.0，在對這類軸系進行靜動態校中計算時，可將支點選在軸承上。動態校中時，螺旋槳的重力會對軸系產生一定程度的影響，這部分影響可將水動力產生的彎矩和力互相抵消。所以，在動態條件下，可將支點的初選位置向前移動，而其他軸承支點的位置則可以取軸承中點。3 結束語

綜上所述，對于船舶而言，軸系校中是一項較為重要的工作，為了確保校中質量，可在具體校中過程中合理運用ANSYS。本文重點對ANSYS在船舶軸系校中上的應用進行了論述，并提出了校中時簡化計算的方法。結果表明，通過ANSYS能夠對船舶軸系進行準確校中，有助于船舶軸系校中質量的提高。

參考文獻

[1]李世其，楊金中，劉世平.改進遺傳算法在船舶軸系動態優化校中上的應用[J].中國水運（下半月），2012（01）.

[2]周瑞平，張升平，楊建國.三彎矩方程的改進及在船舶軸系動態校中中的應用[J].船舶工程，2003（01）.

〔編輯：李玨〕

摘 要：對于船舶而言，航行的安全性和穩定性尤為重要，而軸系校中是確保船舶穩定運行的重要環節之一。基于此點，闡述了對船舶軸系校中的必要性，并在基礎上研究了ANSYS在船舶軸系校中上的具體應用，以期能夠對提高船舶軸系校中質量有所幫助。

關鍵詞：船舶；ANSYS；軸系校中；質量

中圖分類號：U664.21 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）11-0065-02

1 對船舶軸系校中的必要性

船舶軸系校中要按照一定要求和方法，將需要校中的軸系敷設成為某種狀態，使其全部軸承上的負荷和各個軸段內的應力均在允許范圍之內，借此來使其達到最佳數值，從而確保軸系正常運轉。如果船舶軸系校中不良，則會產生諸多危害，具體體現在以下幾個方面：①增大螺旋槳軸承負荷，特別在軸承后端會出現過大局部負荷，加快軸承的磨損速度，進而造成軸承損壞；②減小前尾管軸承負荷，以產生非正負荷，促使軸承間距發生較大變化，在降低軸系回旋振動固有頻率的作用下，極有可能出現回旋振動共振轉速；③破壞前尾管軸承密封裝置，磨損中間軸軸承，尤其是柴油機后1～3個主軸承有可能遭到損壞；④齒輪箱前軸承與后軸承的負荷差值增大，對建立油膜產生負面影響，造成齒輪嚙合不良，嚴重情況下，還會產生軸承合金燒熔、推力軸承和推力塊發熱、齒擊振動等，進而導致船體尾部振動。基于上述原因，有必要對船舶軸系進行校中，特別是對超大型船舶，為了確保其正常穩定運轉，必須采取科學的計算方法進行校中，避免因軸系校中不良造成嚴重后果。

2 ANSYS在船舶軸系校中上的具體應用研究

2.1 ANSYS的基本假設

采用ANSYS法對船舶軸系進行校中時，在具體編程前，需要對船舶軸系進行假設，以滿足ANSYS的計算要求，需要進行假設以下幾點內容：①連續性。一般情況下，固體物質的顆粒間會存在一定的空隙，所以其不具備連續性的特征，但這種空隙相對比較微小，所以可忽略不計，因此，假定固體連續存在于整個體積當中。②均勻性。假定固體內所有點位處的力學特性全部相同。③各向同性。假定固體在任何方向上的力學性能均相同。④小變形。假定物體的尺寸與其自身變形相比較大，在這一基礎上，可將加力點在物體變形前后的位置忽略不計。⑤彎曲彈性。假設材料具備絕對彈性。⑥線性相關性。假定船舶軸系材料符合胡克定律的要求，也就是說載荷與變形這兩者之間成比例關系。

通過上述假設，可將系統確定為線性系統，這樣在解決力學問題時，便可利用疊加的原理。

2.2 建立坐標系

在ANSYS軸系校中的計算過程中，可以采用與傳遞矩陣相同的坐標系，具體如下：將坐標原點確定為軸系螺旋槳末端，x軸為中心線，方向指向船艏且為正向；z軸正向為過原點垂直x軸向上，按照右手法則的相關理論，y軸的方向為垂直紙面向內。P和q分別代表集中和均布載荷；Zb表示軸承變位；θ代表軸截面轉角；Q代表軸截面建立；M表示彎矩；m代表外加力偶；R代表軸承支反力，均取圖1中各量的方向為正，軸承位移向上為負、向下為正。

2.3 ANSYS剛度矩陣

當獲得軸系當中各個單元的剛度矩陣后，便可根據一定的規律，將這些矩陣合并成總體剛度矩陣，再將其帶入到預先給定的約束條件中，便可以進行校中計算。

2.4 軸系校中計算過程簡化

因為船舶軸系各軸段的直徑不同，所以在計算時應當將其視為變截面梁，根據具體情況分為剛性支承和彈性支承。軸系校中的簡化方法有以下幾種：①處理軸系自重。以均布載荷的方式加載船舶軸系各主要組成部分的自重，對尾軸自重計算時還需考慮水或油的浮力。②處理載荷。以均布載荷的方式加載連接法蘭、減速齒輪箱大齒輪、推力盤、螺旋槳、飛輪等與相應軸段等軸徑的部分，除此之外的部分要以集中載荷的方式進行加載。③曲軸等部件的處理。依據ANSYS計算，可以取曲軸軸頸直徑的60%作為圓棒直徑，如果主機制造廠商給出等效直徑，也可在計算過程中直接采用，這樣能夠進一步簡化計算步驟。④軸承質點選擇。通常情況下，船舶推進軸系當中的長徑比均≤1.0，在對這類軸系進行靜動態校中計算時，可將支點選在軸承上。動態校中時，螺旋槳的重力會對軸系產生一定程度的影響，這部分影響可將水動力產生的彎矩和力互相抵消。所以，在動態條件下，可將支點的初選位置向前移動，而其他軸承支點的位置則可以取軸承中點。3 結束語

綜上所述，對于船舶而言，軸系校中是一項較為重要的工作，為了確保校中質量，可在具體校中過程中合理運用ANSYS。本文重點對ANSYS在船舶軸系校中上的應用進行了論述，并提出了校中時簡化計算的方法。結果表明，通過ANSYS能夠對船舶軸系進行準確校中，有助于船舶軸系校中質量的提高。

參考文獻

[1]李世其，楊金中，劉世平.改進遺傳算法在船舶軸系動態優化校中上的應用[J].中國水運（下半月），2012（01）.

[2]周瑞平，張升平，楊建國.三彎矩方程的改進及在船舶軸系動態校中中的應用[J].船舶工程，2003（01）.

〔編輯：李玨〕