船舶推進軸系多體動力學和扭振特性

孫長飛，劉文科

(江蘇海事職業技術學院，江蘇 南京211170)

0 引 言

船舶推進軸系起著船舶動力傳遞的關鍵作用，軸系動力學性能的好壞直接決定著整個船舶的可靠性，甚至影響著船舶的航行安全［1-2］。例如:目前船舶發動機系統的主要故障源就是軸系因扭振現象的嚴重變形［3-4］，此外，扭振問題還可能導致包括曲軸、螺旋槳軸在內的多軸系的斷裂、傳動件的磨損、聯軸器的失效和發動機噪聲等問題的產生，嚴重影響著船舶的動力性能和航行安全性能［5-6］。

采用虛擬樣機技術和多體動力學技術進行船舶推進軸系動力學特性分析具有計算過程高效、準確、工作效率高和設計周期大幅縮短等優點，成為目前研究的熱點和難點［7］。國內外軸系扭振變形計算模型主要包括集總參數和質量沿軸線連續分布參數［8-10］兩大類。集總參數模型將經離散化的軸系質量等效在慣性圓盤系上，圓盤之間用輕質彈性桿件相連，每個圓盤所受阻力來源與軸系內部和外部2個方面;質量沿軸線連續分布模型中軸系質量沿軸縱向連續分布，更符合實際情況。

本文在深入分析推進軸系扭振特性及其動力學理論的基礎上，將在Solidworks 中建立的船舶推進軸系三維實體模型導入ADAMS 中形成軸系的多體動力學模型并對該模型進行不同工況下的扭振特性分析。

1 軸系扭振變形特性

軸系扭振的根本原因是統一軸系沿軸向不同坐標處重心不一致導致的扭轉角不規則變化，如圖1 所示。……