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船舶复杂推进轴系扭振机理及计算软件研究
摘要
船舶作为一种重要的海上运输工具，其复杂的推进轴系是保证船舶正常运行的关键组成部分之一。然而，船舶推进轴系存在着诸多的扭振问题，如扭转共振、离心力、内部摩擦等。本文通过对船舶推进轴系的扭振机理进行分析，并利用有限元方法建立了扭振计算模型，最终开发完成了一款船舶推进轴系扭振计算软件。实际应用结果表明，该软件能够有效地解决船舶推进轴系的扭振问题，具有较高的实用性和应用价值。
关键词：船舶；推进轴系；扭振；有限元法；计算模型；软件开发
Abstract
Asanimportantmodeoftransportationonthesea,shipsrequireacomplexpropulsionshaftsystemthatplaysacrucialroleinensuringtheirsmoothoperation.However,thepropulsionshaftsystemofashipispronetovarioustorsionalvibrationproblems,suchastorsionalresonance,centrifugalforce,andinternalfriction.Inthispaper,weanalyzethetorsionalvibrationmechanismoftheship'spropulsionshaftsystem,establishatorsionalvibrationcalculationmodelusingthefiniteelementmethod,anddevelopaship'spropulsionshaft-systemtorsionalvibrationcalculationsoftware.Theresultsofpracticalapplicationshowthatthissoftwarecaneffectivelysolvethetorsionalvibrationproblemoftheship'spropulsionshaftsystemandhashighpracticalityandapplicationvalue.
Keywords:ship;propulsionshaftsystem;torsionalvibration;finiteelementmethod;calculationmodel;softwaredevelopment
一、绪论
船舶作为一种重要的海上运输工具，其正常运行离不开各个关键组成部分的协同作用。其中，推进轴系作为保证船舶前进动力的关键组成部分之一，其运行稳定性和可靠性是保证船舶正常运行的重要条件之一。然而，在实际使用过程中，船舶推进轴系存在着诸多的扭振问题，这些问题常常会导致船舶的经济效益、可靠性和安全性的降低。因此，深入研究船舶推进轴系的扭振问题，具有重要的理论和实际意义。
二、船舶推进轴系扭振机理分析
（一）船舶推进轴系的扭振模型
船舶推进轴系通常由主机、减速器、轴、锚链、推进器等部分组成。在正常工作状态下，船舶的主机会带动减速器和轴一起旋转，而推进器又会作为减速器和轴的输出端口，向海水中推进船体。在这个过程中，会因为系统的结构和材料的动力学特性而引起扭振。
（二）船舶推进轴系扭振机理
电机带动主轴旋转，减速器不断减少转速，减速器内部的转子和齿轮都会带来内部摩擦和应力集中，形成扭动后，扭振由轮毂传递到减速器外部的轴系上，最后传递到输出端口——推进器上，并引起推进器的扭转振动，使的相关零件出现应力集中、脱落事故等。此时，推进轴系的扭振机理主要包括以下几点：
1.因为减速器内部的转子和齿轮都会带来内部摩擦和应力集中，进而引起扭动，所以必须选择合适的材料和结构设计，减少摩擦与应力产生。
2.推进轴系的结构设计必须符合工程原理，尽量避免过度集中于轴的某一部位，这会对船舶造成严重的机械损坏。
3.推进轴系的主机功率与推进器的对接设计也必须合理，否则会导致调节不当、纵向位移过大等现象。
三、船舶推进轴系扭振计算模型
（一）建立有限元分析模型
建立扭振计算模型，需要先进行有限元分析。有限元分析是在理论和工程实践的基础上，将一些未知量按一定的方法离散化，把求解的问题转化成已知量的代数方程组之间的关系，从而求解出未知量的方法之一。
（二）确定有限元分析参数
有限元分析的参数主要包括有限元模型的规模、建模和网格剖分、边界限制和加载方案等。在扭振计算中，通常需要考虑轴系的转动惯量、轴系统的弹性模量和振动模态等。
（三）基于有限元分析的扭振计算模型
在对扭振计算模型进行建立之后，需要进行相应的参数化设置。在具体的扭振计算过程中，要对相关参数进行分析，进而确定合适的计算模型和计算方法。同时，还需要针对实