季晨龍

摘 要：對(duì)于船舶而言，航行的安全性和穩(wěn)定性尤為重要，而軸系校中是確保船舶穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一?；诖它c(diǎn)，闡述了對(duì)船舶軸系校中的必要性，并在基礎(chǔ)上研究了ANSYS在船舶軸系校中上的具體應(yīng)用，以期能夠?qū)μ岣叽拜S系校中質(zhì)量有所幫助。

關(guān)鍵詞：船舶；ANSYS；軸系校中；質(zhì)量

中圖分類號(hào)：U664.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）11-0065-02

1 對(duì)船舶軸系校中的必要性

船舶軸系校中要按照一定要求和方法，將需要校中的軸系敷設(shè)成為某種狀態(tài)，使其全部軸承上的負(fù)荷和各個(gè)軸段內(nèi)的應(yīng)力均在允許范圍之內(nèi)，借此來使其達(dá)到最佳數(shù)值，從而確保軸系正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果船舶軸系校中不良，則會(huì)產(chǎn)生諸多危害，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①增大螺旋槳軸承負(fù)荷，特別在軸承后端會(huì)出現(xiàn)過大局部負(fù)荷，加快軸承的磨損速度，進(jìn)而造成軸承損壞；②減小前尾管軸承負(fù)荷，以產(chǎn)生非正負(fù)荷，促使軸承間距發(fā)生較大變化，在降低軸系回旋振動(dòng)固有頻率的作用下，極有可能出現(xiàn)回旋振動(dòng)共振轉(zhuǎn)速；③破壞前尾管軸承密封裝置，磨損中間軸軸承，尤其是柴油機(jī)后1～3個(gè)主軸承有可能遭到損壞；④齒輪箱前軸承與后軸承的負(fù)荷差值增大，對(duì)建立油膜產(chǎn)生負(fù)面影響，造成齒輪嚙合不良，嚴(yán)重情況下，還會(huì)產(chǎn)生軸承合金燒熔、推力軸承和推力塊發(fā)熱、齒擊振動(dòng)等，進(jìn)而導(dǎo)致船體尾部振動(dòng)?；谏鲜鲈?，有必要對(duì)船舶軸系進(jìn)行校中，特別是對(duì)超大型船舶，為了確保其正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采取科學(xué)的計(jì)算方法進(jìn)行校中，避免因軸系校中不良造成嚴(yán)重后果。

2 ANSYS在船舶軸系校中上的具體應(yīng)用研究

2.1 ANSYS的基本假設(shè)

采用ANSYS法對(duì)船舶軸系進(jìn)行校中時(shí)，在具體編程前，需要對(duì)船舶軸系進(jìn)行假設(shè)，以滿足ANSYS的計(jì)算要求，需要進(jìn)行假設(shè)以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①連續(xù)性。一般情況下，固體物質(zhì)的顆粒間會(huì)存在一定的空隙，所以其不具備連續(xù)性的特征，但這種空隙相對(duì)比較微小，所以可忽略不計(jì)，因此，假定固體連續(xù)存在于整個(gè)體積當(dāng)中。②均勻性。假定固體內(nèi)所有點(diǎn)位處的力學(xué)特性全部相同。③各向同性。假定固體在任何方向上的力學(xué)性能均相同。④小變形。假定物體的尺寸與其自身變形相比較大，在這一基礎(chǔ)上，可將加力點(diǎn)在物體變形前后的位置忽略不計(jì)。⑤彎曲彈性。假設(shè)材料具備絕對(duì)彈性。⑥線性相關(guān)性。假定船舶軸系材料符合胡克定律的要求，也就是說載荷與變形這兩者之間成比例關(guān)系。

通過上述假設(shè)，可將系統(tǒng)確定為線性系統(tǒng)，這樣在解決力學(xué)問題時(shí)，便可利用疊加的原理。

2.2 建立坐標(biāo)系

在ANSYS軸系校中的計(jì)算過程中，可以采用與傳遞矩陣相同的坐標(biāo)系，具體如下：將坐標(biāo)原點(diǎn)確定為軸系螺旋槳末端，x軸為中心線，方向指向船艏且為正向；z軸正向?yàn)檫^原點(diǎn)垂直x軸向上，按照右手法則的相關(guān)理論，y軸的方向?yàn)榇怪奔埫嫦騼?nèi)。P和q分別代表集中和均布載荷；Zb表示軸承變位；θ代表軸截面轉(zhuǎn)角；Q代表軸截面建立；M表示彎矩；m代表外加力偶；R代表軸承支反力，均取圖1中各量的方向?yàn)檎S承位移向上為負(fù)、向下為正。

2.3 ANSYS剛度矩陣

當(dāng)獲得軸系當(dāng)中各個(gè)單元的剛度矩陣后，便可根據(jù)一定的規(guī)律，將這些矩陣合并成總體剛度矩陣，再將其帶入到預(yù)先給定的約束條件中，便可以進(jìn)行校中計(jì)算。

2.4 軸系校中計(jì)算過程簡(jiǎn)化

因?yàn)榇拜S系各軸段的直徑不同，所以在計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)將其視為變截面梁，根據(jù)具體情況分為剛性支承和彈性支承。軸系校中的簡(jiǎn)化方法有以下幾種：①處理軸系自重。以均布載荷的方式加載船舶軸系各主要組成部分的自重，對(duì)尾軸自重計(jì)算時(shí)還需考慮水或油的浮力。②處理載荷。以均布載荷的方式加載連接法蘭、減速齒輪箱大齒輪、推力盤、螺旋槳、飛輪等與相應(yīng)軸段等軸徑的部分，除此之外的部分要以集中載荷的方式進(jìn)行加載。③曲軸等部件的處理。依據(jù)ANSYS計(jì)算，可以取曲軸軸頸直徑的60%作為圓棒直徑，如果主機(jī)制造廠商給出等效直徑，也可在計(jì)算過程中直接采用，這樣能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算步驟。④軸承質(zhì)點(diǎn)選擇。通常情況下，船舶推進(jìn)軸系當(dāng)中的長(zhǎng)徑比均≤1.0，在對(duì)這類軸系進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)校中計(jì)算時(shí)，可將支點(diǎn)選在軸承上。動(dòng)態(tài)校中時(shí)，螺旋槳的重力會(huì)對(duì)軸系產(chǎn)生一定程度的影響，這部分影響可將水動(dòng)力產(chǎn)生的彎矩和力互相抵消。所以，在動(dòng)態(tài)條件下，可將支點(diǎn)的初選位置向前移動(dòng)，而其他軸承支點(diǎn)的位置則可以取軸承中點(diǎn)。3 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于船舶而言，軸系校中是一項(xiàng)較為重要的工作，為了確保校中質(zhì)量，可在具體校中過程中合理運(yùn)用ANSYS。本文重點(diǎn)對(duì)ANSYS在船舶軸系校中上的應(yīng)用進(jìn)行了論述，并提出了校中時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算的方法。結(jié)果表明，通過ANSYS能夠?qū)Υ拜S系進(jìn)行準(zhǔn)確校中，有助于船舶軸系校中質(zhì)量的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]李世其，楊金中，劉世平.改進(jìn)遺傳算法在船舶軸系動(dòng)態(tài)優(yōu)化校中上的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2012（01）.

[2]周瑞平，張升平，楊建國(guó).三彎矩方程的改進(jìn)及在船舶軸系動(dòng)態(tài)校中中的應(yīng)用[J].船舶工程，2003（01）.

〔編輯：李玨〕

摘 要：對(duì)于船舶而言，航行的安全性和穩(wěn)定性尤為重要，而軸系校中是確保船舶穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一?；诖它c(diǎn)，闡述了對(duì)船舶軸系校中的必要性，并在基礎(chǔ)上研究了ANSYS在船舶軸系校中上的具體應(yīng)用，以期能夠?qū)μ岣叽拜S系校中質(zhì)量有所幫助。

關(guān)鍵詞：船舶；ANSYS；軸系校中；質(zhì)量

中圖分類號(hào)：U664.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）11-0065-02

1 對(duì)船舶軸系校中的必要性

船舶軸系校中要按照一定要求和方法，將需要校中的軸系敷設(shè)成為某種狀態(tài)，使其全部軸承上的負(fù)荷和各個(gè)軸段內(nèi)的應(yīng)力均在允許范圍之內(nèi)，借此來使其達(dá)到最佳數(shù)值，從而確保軸系正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果船舶軸系校中不良，則會(huì)產(chǎn)生諸多危害，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①增大螺旋槳軸承負(fù)荷，特別在軸承后端會(huì)出現(xiàn)過大局部負(fù)荷，加快軸承的磨損速度，進(jìn)而造成軸承損壞；②減小前尾管軸承負(fù)荷，以產(chǎn)生非正負(fù)荷，促使軸承間距發(fā)生較大變化，在降低軸系回旋振動(dòng)固有頻率的作用下，極有可能出現(xiàn)回旋振動(dòng)共振轉(zhuǎn)速；③破壞前尾管軸承密封裝置，磨損中間軸軸承，尤其是柴油機(jī)后1～3個(gè)主軸承有可能遭到損壞；④齒輪箱前軸承與后軸承的負(fù)荷差值增大，對(duì)建立油膜產(chǎn)生負(fù)面影響，造成齒輪嚙合不良，嚴(yán)重情況下，還會(huì)產(chǎn)生軸承合金燒熔、推力軸承和推力塊發(fā)熱、齒擊振動(dòng)等，進(jìn)而導(dǎo)致船體尾部振動(dòng)?；谏鲜鲈颍斜匾獙?duì)船舶軸系進(jìn)行校中，特別是對(duì)超大型船舶，為了確保其正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采取科學(xué)的計(jì)算方法進(jìn)行校中，避免因軸系校中不良造成嚴(yán)重后果。

2 ANSYS在船舶軸系校中上的具體應(yīng)用研究

2.1 ANSYS的基本假設(shè)

采用ANSYS法對(duì)船舶軸系進(jìn)行校中時(shí)，在具體編程前，需要對(duì)船舶軸系進(jìn)行假設(shè)，以滿足ANSYS的計(jì)算要求，需要進(jìn)行假設(shè)以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①連續(xù)性。一般情況下，固體物質(zhì)的顆粒間會(huì)存在一定的空隙，所以其不具備連續(xù)性的特征，但這種空隙相對(duì)比較微小，所以可忽略不計(jì)，因此，假定固體連續(xù)存在于整個(gè)體積當(dāng)中。②均勻性。假定固體內(nèi)所有點(diǎn)位處的力學(xué)特性全部相同。③各向同性。假定固體在任何方向上的力學(xué)性能均相同。④小變形。假定物體的尺寸與其自身變形相比較大，在這一基礎(chǔ)上，可將加力點(diǎn)在物體變形前后的位置忽略不計(jì)。⑤彎曲彈性。假設(shè)材料具備絕對(duì)彈性。⑥線性相關(guān)性。假定船舶軸系材料符合胡克定律的要求，也就是說載荷與變形這兩者之間成比例關(guān)系。

通過上述假設(shè)，可將系統(tǒng)確定為線性系統(tǒng)，這樣在解決力學(xué)問題時(shí)，便可利用疊加的原理。

2.2 建立坐標(biāo)系

在ANSYS軸系校中的計(jì)算過程中，可以采用與傳遞矩陣相同的坐標(biāo)系，具體如下：將坐標(biāo)原點(diǎn)確定為軸系螺旋槳末端，x軸為中心線，方向指向船艏且為正向；z軸正向?yàn)檫^原點(diǎn)垂直x軸向上，按照右手法則的相關(guān)理論，y軸的方向?yàn)榇怪奔埫嫦騼?nèi)。P和q分別代表集中和均布載荷；Zb表示軸承變位；θ代表軸截面轉(zhuǎn)角；Q代表軸截面建立；M表示彎矩；m代表外加力偶；R代表軸承支反力，均取圖1中各量的方向?yàn)檎?，軸承位移向上為負(fù)、向下為正。

2.3 ANSYS剛度矩陣

當(dāng)獲得軸系當(dāng)中各個(gè)單元的剛度矩陣后，便可根據(jù)一定的規(guī)律，將這些矩陣合并成總體剛度矩陣，再將其帶入到預(yù)先給定的約束條件中，便可以進(jìn)行校中計(jì)算。

2.4 軸系校中計(jì)算過程簡(jiǎn)化

因?yàn)榇拜S系各軸段的直徑不同，所以在計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)將其視為變截面梁，根據(jù)具體情況分為剛性支承和彈性支承。軸系校中的簡(jiǎn)化方法有以下幾種：①處理軸系自重。以均布載荷的方式加載船舶軸系各主要組成部分的自重，對(duì)尾軸自重計(jì)算時(shí)還需考慮水或油的浮力。②處理載荷。以均布載荷的方式加載連接法蘭、減速齒輪箱大齒輪、推力盤、螺旋槳、飛輪等與相應(yīng)軸段等軸徑的部分，除此之外的部分要以集中載荷的方式進(jìn)行加載。③曲軸等部件的處理。依據(jù)ANSYS計(jì)算，可以取曲軸軸頸直徑的60%作為圓棒直徑，如果主機(jī)制造廠商給出等效直徑，也可在計(jì)算過程中直接采用，這樣能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算步驟。④軸承質(zhì)點(diǎn)選擇。通常情況下，船舶推進(jìn)軸系當(dāng)中的長(zhǎng)徑比均≤1.0，在對(duì)這類軸系進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)校中計(jì)算時(shí)，可將支點(diǎn)選在軸承上。動(dòng)態(tài)校中時(shí)，螺旋槳的重力會(huì)對(duì)軸系產(chǎn)生一定程度的影響，這部分影響可將水動(dòng)力產(chǎn)生的彎矩和力互相抵消。所以，在動(dòng)態(tài)條件下，可將支點(diǎn)的初選位置向前移動(dòng)，而其他軸承支點(diǎn)的位置則可以取軸承中點(diǎn)。3 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于船舶而言，軸系校中是一項(xiàng)較為重要的工作，為了確保校中質(zhì)量，可在具體校中過程中合理運(yùn)用ANSYS。本文重點(diǎn)對(duì)ANSYS在船舶軸系校中上的應(yīng)用進(jìn)行了論述，并提出了校中時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算的方法。結(jié)果表明，通過ANSYS能夠?qū)Υ拜S系進(jìn)行準(zhǔn)確校中，有助于船舶軸系校中質(zhì)量的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]李世其，楊金中，劉世平.改進(jìn)遺傳算法在船舶軸系動(dòng)態(tài)優(yōu)化校中上的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2012（01）.

[2]周瑞平，張升平，楊建國(guó).三彎矩方程的改進(jìn)及在船舶軸系動(dòng)態(tài)校中中的應(yīng)用[J].船舶工程，2003（01）.

〔編輯：李玨〕

摘 要：對(duì)于船舶而言，航行的安全性和穩(wěn)定性尤為重要，而軸系校中是確保船舶穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一?；诖它c(diǎn)，闡述了對(duì)船舶軸系校中的必要性，并在基礎(chǔ)上研究了ANSYS在船舶軸系校中上的具體應(yīng)用，以期能夠?qū)μ岣叽拜S系校中質(zhì)量有所幫助。

關(guān)鍵詞：船舶；ANSYS；軸系校中；質(zhì)量

中圖分類號(hào)：U664.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）11-0065-02

1 對(duì)船舶軸系校中的必要性

船舶軸系校中要按照一定要求和方法，將需要校中的軸系敷設(shè)成為某種狀態(tài)，使其全部軸承上的負(fù)荷和各個(gè)軸段內(nèi)的應(yīng)力均在允許范圍之內(nèi)，借此來使其達(dá)到最佳數(shù)值，從而確保軸系正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果船舶軸系校中不良，則會(huì)產(chǎn)生諸多危害，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①增大螺旋槳軸承負(fù)荷，特別在軸承后端會(huì)出現(xiàn)過大局部負(fù)荷，加快軸承的磨損速度，進(jìn)而造成軸承損壞；②減小前尾管軸承負(fù)荷，以產(chǎn)生非正負(fù)荷，促使軸承間距發(fā)生較大變化，在降低軸系回旋振動(dòng)固有頻率的作用下，極有可能出現(xiàn)回旋振動(dòng)共振轉(zhuǎn)速；③破壞前尾管軸承密封裝置，磨損中間軸軸承，尤其是柴油機(jī)后1～3個(gè)主軸承有可能遭到損壞；④齒輪箱前軸承與后軸承的負(fù)荷差值增大，對(duì)建立油膜產(chǎn)生負(fù)面影響，造成齒輪嚙合不良，嚴(yán)重情況下，還會(huì)產(chǎn)生軸承合金燒熔、推力軸承和推力塊發(fā)熱、齒擊振動(dòng)等，進(jìn)而導(dǎo)致船體尾部振動(dòng)?；谏鲜鲈?，有必要對(duì)船舶軸系進(jìn)行校中，特別是對(duì)超大型船舶，為了確保其正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采取科學(xué)的計(jì)算方法進(jìn)行校中，避免因軸系校中不良造成嚴(yán)重后果。

2 ANSYS在船舶軸系校中上的具體應(yīng)用研究

2.1 ANSYS的基本假設(shè)

采用ANSYS法對(duì)船舶軸系進(jìn)行校中時(shí)，在具體編程前，需要對(duì)船舶軸系進(jìn)行假設(shè)，以滿足ANSYS的計(jì)算要求，需要進(jìn)行假設(shè)以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①連續(xù)性。一般情況下，固體物質(zhì)的顆粒間會(huì)存在一定的空隙，所以其不具備連續(xù)性的特征，但這種空隙相對(duì)比較微小，所以可忽略不計(jì)，因此，假定固體連續(xù)存在于整個(gè)體積當(dāng)中。②均勻性。假定固體內(nèi)所有點(diǎn)位處的力學(xué)特性全部相同。③各向同性。假定固體在任何方向上的力學(xué)性能均相同。④小變形。假定物體的尺寸與其自身變形相比較大，在這一基礎(chǔ)上，可將加力點(diǎn)在物體變形前后的位置忽略不計(jì)。⑤彎曲彈性。假設(shè)材料具備絕對(duì)彈性。⑥線性相關(guān)性。假定船舶軸系材料符合胡克定律的要求，也就是說載荷與變形這兩者之間成比例關(guān)系。

通過上述假設(shè)，可將系統(tǒng)確定為線性系統(tǒng)，這樣在解決力學(xué)問題時(shí)，便可利用疊加的原理。

2.2 建立坐標(biāo)系

在ANSYS軸系校中的計(jì)算過程中，可以采用與傳遞矩陣相同的坐標(biāo)系，具體如下：將坐標(biāo)原點(diǎn)確定為軸系螺旋槳末端，x軸為中心線，方向指向船艏且為正向；z軸正向?yàn)檫^原點(diǎn)垂直x軸向上，按照右手法則的相關(guān)理論，y軸的方向?yàn)榇怪奔埫嫦騼?nèi)。P和q分別代表集中和均布載荷；Zb表示軸承變位；θ代表軸截面轉(zhuǎn)角；Q代表軸截面建立；M表示彎矩；m代表外加力偶；R代表軸承支反力，均取圖1中各量的方向?yàn)檎S承位移向上為負(fù)、向下為正。

2.3 ANSYS剛度矩陣

當(dāng)獲得軸系當(dāng)中各個(gè)單元的剛度矩陣后，便可根據(jù)一定的規(guī)律，將這些矩陣合并成總體剛度矩陣，再將其帶入到預(yù)先給定的約束條件中，便可以進(jìn)行校中計(jì)算。

2.4 軸系校中計(jì)算過程簡(jiǎn)化

因?yàn)榇拜S系各軸段的直徑不同，所以在計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)將其視為變截面梁，根據(jù)具體情況分為剛性支承和彈性支承。軸系校中的簡(jiǎn)化方法有以下幾種：①處理軸系自重。以均布載荷的方式加載船舶軸系各主要組成部分的自重，對(duì)尾軸自重計(jì)算時(shí)還需考慮水或油的浮力。②處理載荷。以均布載荷的方式加載連接法蘭、減速齒輪箱大齒輪、推力盤、螺旋槳、飛輪等與相應(yīng)軸段等軸徑的部分，除此之外的部分要以集中載荷的方式進(jìn)行加載。③曲軸等部件的處理。依據(jù)ANSYS計(jì)算，可以取曲軸軸頸直徑的60%作為圓棒直徑，如果主機(jī)制造廠商給出等效直徑，也可在計(jì)算過程中直接采用，這樣能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算步驟。④軸承質(zhì)點(diǎn)選擇。通常情況下，船舶推進(jìn)軸系當(dāng)中的長(zhǎng)徑比均≤1.0，在對(duì)這類軸系進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)校中計(jì)算時(shí)，可將支點(diǎn)選在軸承上。動(dòng)態(tài)校中時(shí)，螺旋槳的重力會(huì)對(duì)軸系產(chǎn)生一定程度的影響，這部分影響可將水動(dòng)力產(chǎn)生的彎矩和力互相抵消。所以，在動(dòng)態(tài)條件下，可將支點(diǎn)的初選位置向前移動(dòng)，而其他軸承支點(diǎn)的位置則可以取軸承中點(diǎn)。3 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于船舶而言，軸系校中是一項(xiàng)較為重要的工作，為了確保校中質(zhì)量，可在具體校中過程中合理運(yùn)用ANSYS。本文重點(diǎn)對(duì)ANSYS在船舶軸系校中上的應(yīng)用進(jìn)行了論述，并提出了校中時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算的方法。結(jié)果表明，通過ANSYS能夠?qū)Υ拜S系進(jìn)行準(zhǔn)確校中，有助于船舶軸系校中質(zhì)量的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]李世其，楊金中，劉世平.改進(jìn)遺傳算法在船舶軸系動(dòng)態(tài)優(yōu)化校中上的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2012（01）.

[2]周瑞平，張升平，楊建國(guó).三彎矩方程的改進(jìn)及在船舶軸系動(dòng)態(tài)校中中的應(yīng)用[J].船舶工程，2003（01）.

〔編輯：李玨〕