ANSYS的螺旋桨-轴系-壳体振动特性分析+CAD图纸(3)
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状 目前，对于船舶的振动特性分析主要采用有限元法，随着计算机技术的发展，目前普遍采用工程有限元软件来对船舶进行建模、优化与仿真计算，所建的模型可以通过试验数据进行修正。 早在19世纪后期，人们就开始关注到了船体的振动问题。近些年来，随着我国航运业的发展，主机功率和转速提高，船舶的吨位越来越大，以及肥大型船舶的出现，使得船体的振动问题更加突出。随着造船技术的进步，船体结构减轻，结构刚度也随之减小，更易激起较大的船体振动。 60年代以来，船舶趋于大型化，使用大功率的主机后，螺旋桨激振造成的船尾振动、结构损坏、噪声、剥蚀等问题引起各国的重视。螺旋桨激振的根本原因在于螺旋桨叶负荷加重，在船后不均匀尾流中工作时容易产生局部的不稳定空泡，从而导致螺旋桨作用于船体的压力、振幅和相位都不断变化。 振动问题一般都包括激励输入、结构系统、以及响应输出这三个要素。而对于船舶的振动问题，其激励输入主要是由螺旋桨、主机、波浪产生的激振力；结构系统则主要是船体及其周围流体的质量、刚度和阻尼；而响应输出是由船体结构所产生的振动。
上海交通大学的李攀硕,李栋梁[1][2]等进行了轴-壳体耦合振动建模与主动控制方法的研究，在应用有限元法动态分析的基础上，利用数学模型来模拟螺旋桨的联接形式，建立了螺旋桨的动力学模型，并对杆纵向振动和梁横向振动以及壳体的有限元分析。大连理工大学的吴思远[3]在 ANSYS 软件上通过 FLUENT 划分的网格模型经过编程处理导入 ANSYS 中，通过有限元划分网格对螺旋桨进行敞水性能模拟,计算得到了不同进速系数下的螺旋桨推力系数 KT转矩系数 KQ、敞水效率η以及桨叶表面的压力分布。武汉理工大学的唐艾飞[4]综合运用了SOLIDWORK 以及 ANSYSY 软件对船舶轴系进行分析，研究模态特性得到其回振固有频率及振型。 武汉理工大学的王小立[5]对某实际大型船舶推进轴系进行了回转振动模态分析和响应预估，并且结合有关理论和有限元软件对轴系的回旋振动固有频率计算进行了探讨。
1.2.2 国外研究现状 早在一百多年前，人们便开始了针对圆柱壳体的研究工作。最早的研究开始于无限长的圆柱壳体，Rayleigh[6][7]最早分析了圆柱壳体的振动。而弯矩和建立的壳体振动理论在 1994 年由 Love[8]提出，Fluffe[9]等人也建立了类似的薄壳理论。对于包括螺旋桨以及推力轴承在内的推进轴系，很多学者早已开始进行了研究。Kane[10]对船舰的纵向激励下的推进轴系的动态特性进行了研究。Pan[11]则利用了一系列的质量-弹簧-阻尼系统来对推进轴系进行模拟，进行实验分析研究，他将推进器简化成等效的质量块，而对于流体载荷，则利用外加的质量来进行模拟，这样可以通过对整个模型进行简化从而快速方便的对整个系统进行准确的分析。自从 Prandtl 建立了机翼的升力理论之后，Goldstein 于 1929 年发表了螺旋桨涡流理论。此后，基于螺旋桨升力线理论的螺旋桨设计及分析得到了充分的发展。尽管对于壳体和推进轴系的各自的振动的研究都比较成熟，但是对于螺旋桨-轴系-壳体的耦合系统，由于其振动特性与单个结构的振动特性的差异还有很大的差异，因此，近些年来，学者们也更多的专注到了这方面。G.C.Voly[12]在对船舶进行螺旋桨-轴系-壳体进行耦合振动特性分析是，仅对船体及其轴承结构进行了建模及计算，并未考虑到轴承的润滑等其他因素的影响。P.G.Dylejko[13-14]建立了包括螺旋桨、轴系、壳体、轴承、基座以及船体结构等部分的耦合系统的模型，同时还建立了耦合系统振动特性房产，分析了螺旋桨激励力影响下的船体结构的振动，并且研究了周记的参数化优化设计，这对于螺旋桨-轴系-壳体的耦合系统的研究具有重要的理论及实际意义。S.Merz[15-17]建立了耦合系统计算模型，通过有限元与边界方程的方法计算了船体的振动。