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彎曲振動動力學方程的求解
首先對彎曲振動動力學微分方程進行求解;其次採用功率流的方法,對槳-軸-軸承-艇體殼的彎曲振動能量傳遞狀況進行了分析得到槳、軸系、軸承、軸承座與艇體的能量傳遞關係。為了直觀的體現能量傳遞耗散的路徑,製作了流程圖。
幾個滑動軸承液膜剛度與軸系彎曲振動能量傳遞的聯繫
當把轉速設為一個定值時,艉後、艉中、艉前以及推力軸承的液膜剛度也是一系列的定值。在運用MATLAB對縱向振動進行計算時,發現轉速取值如果過於密集,最終的各個功率流、振動能量曲線會十分密集,難以比較。綜上,決定以轉速5、15、25rad/s作為基準,進行計算。
當轉速依次升高時,推力、艉前、艉中、艉後軸承的液膜剛度依次升高。艉後軸承由於特殊的結構,總體的徑向剛度值遠大於其餘兩個徑向滑動軸承。運用這些數值,再結合其他一些參數,進行數值仿真計算,得到振動能量在槳-軸-軸承-艇殼的傳遞耗散圖。
上圖是推進軸系在彎曲振動型式上被輸入的振動能量圖譜。隨著轉速和液膜剛度的升高:低頻區域的共振頻率向高頻區域移動,共振能量峰值變化不大;高頻區域的共振頻率變動較小,能量峰值有所衰減。這說明較快的航行速度可以降低高頻振動能量對軸系的整體輸入,同時提高低頻域振動能量的共振頻率。
上圖表徵了軸系彎曲振動能量的平均耗散功率。當轉速-液膜剛度提高時,在低頻區域帶來了固有頻率的提高,對高頻區域則顯著放大了耗散功率。
上圖表示在尾段軸與螺旋槳聯接處,輸入到軸系的功率流情況。在低頻區域,較高的轉速使得由螺旋槳輸入到軸系的彎曲振動能量共振頻率顯著提高;在中高頻區域,高轉速相比低轉速,輸入到軸系的振動能量有所提高,並且在中部頻域表現較為明顯。
上圖為經過徑向軸承、推力軸承傳遞到軸承座及艇體的振動能量圖譜。當螺旋槳軸轉速提高時,各個軸承的液膜剛度變大,中低頻區域的共振頻率明顯提高,高頻區域的振動能量顯著減少。
上圖表徵軸系彎曲振動形式下,螺旋槳向外輻射的平均振動能量。它們表徵了螺旋槳軸轉速的變化引起各個滑動軸承液膜剛度變化,進而從軸系彎曲振動角度,對於整個船體向外輻射能量的總體影響情況。
當轉速提高導致各個滑動軸承液膜剛度變大時,低頻區域的軸系-艇體向外輻射的噪聲峰值對應的固有頻率向右移動,高頻區域則沒有明顯影響。
對於槳葉向外輻射噪聲,高的轉速對於整個頻域的固有振動頻率右移都有明顯的作用,並且在全頻域都帶來了能量峰值的略微升高。