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音像船舶轴系能提升与运行安全严新平[等]著
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目录
“交通安全科学与技术学术著作丛书”序
序
前言
章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 船舶轴系的基本构成及作用 3
1.2.1 船舶推进系统 3
1.2.2 船舶轴系故障形式 5
1.3 船舶轴系能提升与安全运行研究现状 6
1.3.1 基于流固耦合理论的流体-船舶动力学研究现状 6
1.3.2 主机激励下轴系振动研究现状 8
1.3.3 船体变形下轴系振动建模及耦合特研究现状 9
1.3.4 船舶轴系耦合振动研究现状 10
参考文献 12
第2章 研究对象概况及基本设 18
2.1 8530TEU集装箱船舶的基本概况 18
2.2 297000 DWT VLCC基本概况 20
. 船舶弹体的基本设 22
参考文献
第3章 基础理论和方法 25
3.1 集中质量及传递矩阵法 25
3.2 连续质量法 29
3.3 有限元法 37
3.4 变分法 40
3.5 船舶推进系统分析工具 43
参考文献 45
第4章 基于流固耦合理论的流体-船舶动力学研究 46
4.1 流体-船舶耦合动力学基本理论 46
4.1.1 波动方程问题描述 46
4.1.2 Dirichlet边界条件 47
4.1.3 Leap-Frog方法 50
4.2 流固耦合基础理论 51
4.2.1 流体模型 53
4.2.2船体模型 54
4.. 流体-船舶耦合作用 55
4.3 数值计算与模型验 56
4.3.1 基本参数定义 56
4.3.2 流固耦合数值计算 56
4.3.3 计算结果分析 57
4.4 流体-船舶变形实验研究 60
4.4.1 流体实验介绍 60
4.4.2 实验结果分析 62
参考文献 63
第5章 主机激励下轴系振动建模研究 64
5.1 主机作用力 64
5.1.1 气缸内气体燃烧产生的作用力 64
5.1.2 主机内部运动部件惯力及重力产生的作用力 67
5.1.3 主机激振力的合力 70
5.2 主机-推进轴系建模 70
5.2.1 Lagrange方程 71
5.2.2 主机-推进轴系系统运动微分方程 72
5.. 连续与边界条件 75
5.2.4 主机-推进轴系耦合方程分析 77
5.3 主机作用下船舶轴系动力响应分析 80
参考文献 82
第6章 船体变形下轴系振动建模及耦合特研究 83
6.1 船体-轴系系统子结构模型 83
6.1.1 支承轴承模型 83
6.1.2 主机模型 84
6.1.3 螺旋桨模型 85
6.1.4 船体变形模型 86
6.1.5 推进轴系模型 88
6.1.6 水域模型 89
6.1.7 水-船体的耦合条件 90
6.1.8 水-推进轴系的耦合条件 90
6.2 船体-轴系系统耦合变分方程 90
6.3 子结构模态函数 93
6.3.1 模态分析法及模态正交理论 93
6.3.2 推进轴系子结构及其模态函数 95
6.3.3 船体子结构及其模态函数 96
6.3.4 流体子结构及其模态函数 97
6.4 船体-轴系系统耦合建模 99
6.5 船体-轴系系统的动力学分析 101
6.5.1 船体-轴系系统的自由振动及轴系频率因子、变形因子 101
6.5.2 动力学响应 103
6.6 案例分析 104
6.6.1 船体梁与推进轴系梁的模态方程 105
6.6.2 水域的模态函数 106
6.6.3 量纲一的量化 108
6.6.4 自由振动分析 109
6.6.5 动力学响应分析 111
6.7 模型实验 113
6.7.1 实验基本参数 113
6.7.2 常规波浪浪频激励实验 114
6.7.3 波激励实验 1
参考文献 126
第7章 船舶轴系耦合振动研究 128
7.1 船舶轴系扭转-纵向耦合振动研究 128
7.1.1 船舶轴系扭转-纵向耦合振动建模分析 128
7.1.2 模型验与数值计算 132
7.1.3 船体变形对推进轴系扭转-纵向耦合振动的影响 139
7.1.4 实验验 144
7.2 船舶轴系扭转-横向耦合振动研究 155
7.2.1 船舶轴系扭转-横向耦合振动建模 155
7.2.2 模型验与数值计算 157
7.. 船舶轴系扭转-横向耦合振动影响分析 163
7.3 船舶轴系横向-纵向耦合振动研究 168
7.3.1 船舶轴系横向-纵向耦合振动建模 168
7.3.2 模型验与数值计算 172
7.3.3 船舶轴系横向-纵向耦合振动影响分析 184
参考文献 187
第8章 船舶推进系统动态特影响因素的研究 189
8.1 船舶推进系统基本参数及模型建立 189
8.1.1 船舶推进系统的基本参数 189
8.1.2 船舶推进系统多体动力学模型的建立 190
8.1.3 船舶推进系统模态频率的计算 193
8.2 船体变形对推进系统动态特影响的研究 195
8.2.1 船体变形的施加方式及基本参数 195
8.2.2 船体变形对推进系统扭转振动的影响 198
8.3 外部激励对推进系统动态特影响的研究 204
8.3.1 外部激励的施加方式及基本参数 204
8.3.2 外部激励对推进系统扭转振动的影响 206
8.4 油膜约束对推进系统动态特影响的研究 209
8.5 油膜约束对推进系统轴心轨迹的影响 210
参考文献 211
第9章 船舶轴系能实验研究 213
9.1 船舶推进轴系实验室实验系统设计与研制 213
9.1.1 船舶轴系能综合实验台设计与研制 213
9.1.2 船舶轴系动态特实验台设计与研制 219
9.1.3 液压加载系统 220
9.1.4 轴系测试系统 2
9.1.5 轴系振动测量原理及信号采集 225
9.2 船舶轴系动态特理论分析模型 1
9.2.1 实验台轴系建模 1
9.2.2 理论模型与数值模型的对比
9.3 船舶轴系复杂激励下的多向振动实验研究 4
9.3.1 实验测试工况介绍
9.3.2 功率谱分析
9.3.3 时域结果分析 240
9.4 船舶轴系动态特实验研究 242
9.4.1 船体变形激励幅值对轴系振动特的影响 243
9.4.2 船体变形激励频率对轴系振动特的影响 244
9.4.3 船体变形激励方向对轴系振动特的影响 246
9.4.4 转速对轴系振动特的影响 247
9.5 船舶推进轴系实船实验研究 248
9.5.1 实船实验设计 248
9.5.2 实船实验结果分析 251
参考文献 255<
随着船舶吨位的不断扩大,大型船舶安全事故频发,使人们对大型船舶安全可靠运行密切关注。作为船舶心脏的推进系统,其安全可靠状态与高效运行水平成为关注重点,特别是在复杂海洋环境中波浪-船体-推进系统三者的复杂动力学耦合问题,需要解决大型船舶的大尺度效应、多参数耦合及不确定航行环境对船舶推进系统影响的理论问题,并探索通过改善推进系统的自适应和工作可靠提升船舶航行能的方法。本书较全面地介绍了大型船舶轴系能与安全运行的研究背景,船舶轴系动力学基础理论,船舶轴系多向耦合、流体-船舶耦合、主机-轴系耦合、水-船体-轴系耦合的求解及分析方法,推进系统非线控制模型,以及相关的船舶轴系计算和能试验研究。
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