船舶轴系的基本任务是将发动机(柴油机)产生的功率传给螺旋桨,同时通过轴系将螺旋桨旋转所产生的轴向推力传给船体,从而推动船舶前进。由于轴系具有惯性和弹性的属性,故而轴系就有自由扭振特性;作用在轴系上周期性变化的激励扭振是84397
使轴系产生扭振的原因。对于内燃机装置来说,激振力矩主要来自:(1)气缸内的气体具有压力因而产生激振力矩;(2)吸收扭矩的功率部件是一个不断变化的值,故而会产生激振力矩,比如泵、螺旋桨等。轴系以激振的频率进行强迫振动,当激振频率等于轴系固有频率时,就会发生“共振”现象,当扭振应力超过轴系所能承受的最大应力时,轴系就有可能发生断裂。由此可见,在研究轴系扭振时,要了解船舶轴系的扭转振动特性,知道在何种情况下将会发生何种危险以及掌握如何避免这种危险发生的实际措施[2]。
经过长达一个世纪的时间,人们对有关轴系扭振的理论分析、计算和数值解法等问题进行了研究,逐步形成了较为完整的研究方法:
(1)建立轴系扭转振动的集总参数简化模型;
(2)通过霍尔茨(Holzer)法计算系统的固有频率与振型;
(3)通过经验或公式计算共振区扭转振幅和对应轴段扭振应力;
(4)针对计算结果判断扭振的严重程度,采取适当的减振、避振措施。船舶轴系扭振计算分为两部分。一是自由振动(又叫固有频率)计算,二是强迫
振动(又叫受迫振动)计算。而这两部分各自又有不同的计算方法。对于自由振动来说,目前通常采用的以下的方法:霍尔茨(Holzer)法、传递矩阵法(在Holzer基础上发展起来)、解析法等;而在强迫振动计算部分,通常采用:能量法、放大系数法、有限元法等。在这些方法的基础上,利用计算机高级语言将所采用的计算方法程序化