螺旋桨非定常轴承力外部径向激励响应数值研究

《螺旋桨非定常轴承力外部径向激励响应数值研究》是一篇关于船舶推进系统动力学分析的学术论文。该论文聚焦于螺旋桨在运行过程中产生的非定常轴承力对船舶轴系系统的影响，通过数值模拟方法研究了外部径向激励对轴承系统的响应特性。文章旨在为船舶设计和优化提供理论支持，以提高船舶运行的稳定性与安全性。

螺旋桨作为船舶推进系统的核心部件，在工作过程中会受到多种复杂因素的影响，包括水流的不均匀性、船舶航行状态的变化以及螺旋桨自身结构的动态特性等。这些因素会导致螺旋桨产生非定常的气动载荷，进而影响到轴承的受力状态。轴承作为支撑螺旋桨的重要部件，其受力状态直接关系到整个轴系系统的稳定性和寿命。因此，研究螺旋桨非定常轴承力对外部激励的响应具有重要的工程意义。

本文采用数值模拟的方法，建立了螺旋桨-轴系-轴承系统的动力学模型，并引入了外部径向激励作为输入条件。通过有限元分析和流体-结构耦合计算，研究了不同工况下轴承力的变化规律。研究结果表明，螺旋桨的非定常轴承力与外部激励之间存在明显的耦合关系，且这种关系会随着激励频率和幅值的不同而发生变化。

在研究过程中，作者首先对螺旋桨的气动特性进行了详细的分析，利用CFD（计算流体力学）方法模拟了螺旋桨在不同工况下的流场分布，提取了螺旋桨所受的非定常气动载荷。随后，将这些载荷作为输入条件，结合轴系系统的动力学方程，计算了轴承的受力情况。此外，还考虑了外部径向激励对轴承系统的扰动作用，探讨了激励频率、相位和幅值对轴承响应的影响。

研究结果表明，外部径向激励会对轴承系统的振动特性产生显著影响。当激励频率接近轴承系统的固有频率时，系统容易发生共振现象，导致轴承力大幅增加，进而可能引发轴承损坏或轴系失稳。因此，合理设计和控制外部激励参数对于提升船舶推进系统的稳定性至关重要。

除了对轴承力的分析，论文还探讨了不同激励条件下轴承系统的动态响应特性。通过频域分析和时域仿真，研究者发现，外部激励不仅影响轴承的静态受力，还会改变轴承的动态行为，如振动幅度、相位差和能量分布等。这些动态特性对船舶的运行安全和舒适性具有重要影响。

此外，论文还提出了一些优化建议，以减少非定常轴承力对船舶轴系系统的不利影响。例如，可以通过调整螺旋桨的转速、改进螺旋桨叶片形状或优化轴系支撑结构来降低非定常载荷的影响。同时，还可以采用主动控制技术，对轴承系统进行实时监测和调节，以增强系统的抗干扰能力。

综上所述，《螺旋桨非定常轴承力外部径向激励响应数值研究》通过对螺旋桨-轴系-轴承系统的深入分析，揭示了非定常轴承力与外部激励之间的复杂关系。研究结果为船舶推进系统的优化设计提供了理论依据，也为相关领域的工程实践提供了参考价值。未来的研究可以进一步结合实验数据，验证数值模拟的准确性，并探索更多实际应用的可能性。