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《船舶轴系性能试验、检测、计算与艉轴承研制及其工程应用》项目公示信息项目名称：船舶轴系性能试验、检测、计算与艉轴承研制及其工程应用申报奖种：国家科学技术进步奖推荐单位：交通运输部项目简介：本成果属于水路运输领域的船舶、舰船工程学科。
航运业在维护国家海洋权益和经济安全、推动对外贸易发展、促进产业转型升级等方面具有重要作用。
船舶是发展航运业的重要装备，船舶动力系统被视为船舶的“心脏”，其中轴系（含轴承）是连接主机和推进器的关键部分，处在工作模式复杂、运行环境多样、运行工况多变和运行条件苛刻的环境下运行，其性能具有强烈的时变性、环境响应性和系统耦合性，尚有许多问题迫切需要解决。
本成果的完成单位从2006年开始，依托国家自然科学基金、湖北省自然科学重点基金、交通运输部和企业委托等项目，深入系统地研究了船舶轴系性能试验、现场实时检测与校中规范及艉轴承研制的成套关键技术。
主要技术创新如下：1、发展了多载荷激励、多运动形式和多参数测量的船舶轴系性能试验技术。
2、创新了动态实时和高精度船舶轴系性能现场测试方法。
3、开发了多因素、多功能和多目标优化的船舶轴系性能仿真、计算软件，完善了轴系校中计算方法及相应的船舶规范。
4、自主研制了低摩擦、低噪声、长寿命的减振降噪的新型艉轴承。
本成果获得发明专利6项、实用新型专利5项、软件著作权6项、船舶轴系校中方法纳入2部相关的船检规范、发表代表性学术论文60篇。
本成果建立了新颖的船舶轴系性能试验与测试技术理论与方法，开展了船舶轴系减振降噪、轴承材料筛选和性能改进研究，实现了船舶轴系性能的现场监测，完善了船舶轴系计算方法和相关规范，研制了低摩擦、低噪声、长寿命的减振降噪新型艉轴承，提升了我国船舶轴系的设计与建造水平，为我国航运业和国防建设做出了积极贡献。
先后有41名研究生参与和200多人次参加培训，为我国船舶制造、检验、设计和航运企事业等单位培养了技术骨干。
本成果取得的直接经济效益为16728.52万元，社会效益显著，具有广阔的应用前景。
基于有限元的舰船推进轴系合理校中计算方法
周瑞
【期刊名称】《中国舰船研究》
【年(卷),期】2012(000)003
【摘要】推进轴系的合理校中直接关系到舰船推进系统运行和舰船航行的安全性
与可靠性，因此，其计算方法的合理性和准确性是推进系统研究的重要内容之一.
基于有限元分析，建立了舰船推进轴系合理校中计算模型，并计入了螺旋桨水动力、齿轮动态啮合力、轴承刚度、轴承变位、轴段剪切变形以及运行温度等因素对推进轴系校中的影响.以某型舰船的推进轴系为研究对象，采用所提出的方法进行了推
进轴系冷态、热态以及安装状态的合理校中计算分析，并与 Kamewa 公司采用Shaft Analysis AB 软件的计算结果进行了比对，平均计算偏差小于1.54%
【总页数】5页(P74-78)
【作者】周瑞
【作者单位】中国舰船研究设计中心,上海 201108
【正文语种】中文
【中图分类】U664.2
【相关文献】
1.基于有限元法的船舶推进轴系校中计算软件开发 [J], 温小飞;祝贵兵;胡贤民
2.船舶推进轴系合理负荷校中计算方法 [J], 付品森
3.基于有限元的船舶推进轴系校中计算 [J], 温小飞;刘群芳;陈永芳;胡贤民
4.舰船推进轴系校中的多目标优化计算方法 [J], 周瑞
5.基于有限元分析的舰船推进轴系抗冲击性能研究 [J], 姚胜昶
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基于Excel船舶稳性的自动化校核杨鹄【摘要】介绍了用Excel自动绘制稳性曲线和自动实现稳性校核的方法,利用Excel便捷的公式设置功能和强大的计算及绘图功能实现了船舶稳性曲线的自动绘制和稳性的自动校核.为船舶稳性计算开辟了一条操作方便、简单易行、成本低廉的高效途径.【期刊名称】《机电设备》【年(卷),期】2014(031)005【总页数】4页(P20-23)【关键词】Excel;稳定性曲线;稳性校核;自动化【作者】杨鹄【作者单位】武汉船舶职业技术学院,湖北武汉430050【正文语种】中文【中图分类】U665.13目前，针对船舶稳性的计算和校核主要是应用中国船级社武汉规范所开发的软件《船舶静力学计算及稳性衡准系统 V4.2》（以下简称法则）。
但一些中小型船厂和设计公司由于资金的原因无法购买或因为技术水平原因不会操作，导致稳性的计算和校核无法自行解决。
本文利用常规的办公软件Excel，以高速船为例进行稳性曲线的自动绘制，进而实现船舶稳性的自动计算和校核。
1）静稳性曲线。
如图1所示，回复力矩为重力作用线和浮力作用线之间的距离，称为静稳性臂。
式中：lb为浮心沿水平横向移动的距离，其数值完全由排水体积的形状所决定，称为形状稳性臂；其数值主要由重心位置所决定，称为重量稳性臂。
在排水量和重心高度一定时，静稳性臂仅是横倾角的函数，根据计算结果绘制成l=f(φ)曲线，称为静稳性曲线[1]。
2）动稳性曲线。
动稳性曲线是相应静稳性曲线的一次积分曲线，可以利用梯形法积分得到动稳性臂与横倾角之间的函数关系ld= H(φ)，称为动稳性曲线。
以总长 13.09m的内河玻璃钢质高速艇为例，利用Excel的计算和绘图功能，自动绘制船舶稳性曲线。
本船主要要素为：总长Loa=13.09m；水线长Lwl=12.29m；型宽B=2.42m，型深D=1.20m；吃水T=0.54m；航区为内河B级；航速V=21.6 Kn；排水量Δ=7.425t。
船舶推进轴系校中系统的建模与仿真摘要：依据船舶轴系直线校中原理，基于ANSYS环境建立了轴系校中计算的有限元模型，简述了轴系直线校中法，详细说明了轴段偏中时轴系校中的状态，得出了轴段偏中时轴承负荷、轴系挠度、轴系转角、轴系剪力等的变化规律，为船舶轴系校中设计及检修提供了依据。
关键词：船舶轴系；校中计算；轴段；有限元法Abstract: Based on principles of ship shaft aligning in line, the shaft’s mechanical model is established in the ANSYS environment , outlines the method of shaft alignment in line. Descripe the influence of the mis alignment’s shaft on the ship. Get the variation law of bearing load, shaft deflection, shaft slope, shaft shear force and other changes when the flange is mis aligned. Providing the basis for the ship shaft design and maintenance.Key words: ship shafting; alignment calculation; shaft; finite element method;1. 引言以某船轴系为研究对象，主机与螺旋桨之间通过一根中间轴和一根尾轴连接，轴系包括7个轴承，每个轴承视为刚性轴承。
轴系全长15m，基本轴径为0.45m。
利用ANSYS软件，本文对螺旋桨全浸水中时主机倒数第二道主轴承以后的轴段进行建模，建模所用单元及参数如下：(1) 对于轴系本身采用BEAM 188三维有效应变单元建模。
第46卷第4期2017年8月船海工程SHIP & OCEAN ENGINEERINGVol . 46 No . 4Aug . 2017千斤顶负荷/kN注：顶空量一千斤顶数个上升了相应的挠度 数值大小后，刚好把被测轴承顶空为零负荷图2顶举曲线[13]图2的顶举曲线是先根据离散试验测量值绘 制测点，再经曲线光顺后得到具有明显特征的封 闭曲线〇—B —C 一4一0,识别上升和下降变化线性关系，并通过延长线得到与横坐标的交点广和"，从而得到上升和下降过程2个试验阶段的顶 升力，取两者平均值并乘以K 值得到轴承负荷实 测值。
似换算，受主观因素和数学模型的影响非常大，因船舶轴系校中校核工作主要是对船舶轴系轴 承负荷进行实际测量，依据船级社规范进行检验 并验证轴系计算书。
船舶轴承负荷测量方法可分为2种:①用电阻应变片测量轴系弯曲变形，计算 轴系实际弯矩及负荷的方法;②用液压千斤顶测 量轴系实际负荷的方法[1]。
采用电阻应变片测 量的方法[2_3]，由于技术要求高、操作复杂等原因， 少有在实船应用。
液压千斤顶测量方法即顶举 法，在船舶行业应用广泛[4_1()]，根据工程应用需要 研发专门的测量装置及系统[11_12]。
这2种测试 方法均需要依据轴系校中理论对计算结果进行换 算，但是大量实船数据分析得出中间轴承实际负 荷数据处理方式与顶举系数[值的计算关系值 得商榷[7]。
考虑以顶举法为基础，采用曲线拟合 算法获得轴承负荷测量值。
1船舶轴系校中校核的传统方法传统的船舶轴系校中校核方法以行业标准及 船级社规范为依据，根据CB/Z 338— 2005[12]和 中国船级社《钢质海船入级规范》[13]，可得到如图 1所示的船舶轴系校中校核传统方法技术路线 图。
在顶举法应用过程中，在2个环节容易出现 误差，即顶举曲线（见图2)分析和通过尺值的近收稿日期=2016-10-01 修回日期:2016-11 -27基金项目：舟山市公益类科技项目（2014C31050)，浙江省自然科学基金一般项目（L Y 16E 090003)第一作者:胡贤民（1977—），男，硕士，讲师 研究方向:船舶推进系统性能分析及优化2船舶轴系校中校核的新方法2.1技术路线通过理论分析可得船舶轴系轴承负荷具有随 支承位置变化而线性变化的特征，因此考虑采用 曲线拟合算法对其在特定位置范围内的线性变化 规律进行描述。
也就是说，通过多点测量轴承位137D O I ：10. 3963/j. issn. 1671-7953.2017. 04. 031基于曲线拟合算法的船舶轴系校中校核技术胡贤民1，刘群芳1，温小飞2’3，朱渐2(1.浙江国际海运职业技术学院，浙江舟山316021;2.浙江海洋大学，浙江舟山316022;3.武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063)摘要:针对船舶轴系校中校核精准性问题，采用曲线拟合算法，提出不依赖顶举系数的轴系校中校核方 法，以顶升力与顶升点之间特定线性关系为基础，对多个位置进行顶升力测量、曲线拟合，从而获得拟合曲线 方程及轴承负荷测量值，试验验证表明，该方法具有更好的精准性，可提升船舶轴系校中校核结论的可信度。
关键词:船舶轴系;校核技术;轴系校中；曲线拟合中图分类号:U664.2文献标志码:A文章编号：1671-7953(2017)04-0137-03此其测量结果的准确度很难界定。
rm W \\%M \近似换算图1船舶轴系校中校核传统方法技术路线百分表-►压力值顶举法轴承负荷最小二乘法是一种通过最小化误差的平方和 寻找数据最佳函数匹配的数学方法。
利用最小二 乘法可以科学、有效地求得未知的数据，并使得其 与实际数据之间误差的平方和为最小。
设给定的近似函数/(%)与测量值=0，1，…，k)误差为rl= f(xl) - yl€= 〇，1，".,(1)在曲线拟合中采用误差平方和即式（2)来进 行整体测试数据误差的评价，以其最小值为匹配 目标。
Z:=〇r?= Z:=2[,(') = min⑵通过求解得到拟合曲线方程为fn(X) =1=^⑶式中为拟合曲线方程的次数，不大于A：;%为i 次项系数。
2.3测量值的曲线拟合选择二次曲线方程进行拟合，则式（3)即可 转换为2f l(X) =X l=〇a^1= + al%l + a0(4)根据拟合曲线方程可绘制如图4所示的拟合 曲线，并通过求％ = 〇(即为轴承支点）的对应解，即为该轴承负荷测量值。
0.651---------1---------1-------1---------1--------1-----------1-150-100-50050100150距轴承支点距离/mm图4拟合曲线与轴承负荷2.4拟合曲线分析曲线拟合算法选择是船舶轴系校中校核新方较合适的表达方程。
同时还可通过以下不同途径获得相应的拟合曲线方程:①根据船舶轴系校中 理论计算，得到相应测量点位置的理论顶升力，以理论值为基本数据并结合最小二乘法得到理论拟 合曲线方程;②以船舶轴系校中校核实测的各不 同位置测点顶升力为输入数据并结合最小二乘法 得到实际拟合曲线方程。
理论拟合曲线方程与实 际拟合曲线方程的吻合程度可以用于判断轴系校中理论计算是否正确。
3 实例分析以某实验室船舶轴系模型台架试验台为例，其轴系布置如图5所示，有3个支撑轴承，分别为 电机轴承、中间轴承和艉轴承，选取中间轴承负荷 作为实测目标。
首先通过有限元计算软件求得中 间轴承负荷理论值，再参考理论计算结果制定合 理的实测方案并进行测量，获得6个不同位置测 点顶升力测量值，借助Matlab软件进行曲线拟 合，绘制顶升力与顶升位置的变化曲线、轴承支点 负荷实测值。
图5轴系布置示意根据理论计算结果，中间轴承支点负荷理论 值为0.75 k N;通过对中间轴承左右各3个位置 进行顶升试验，测得6个不同位置的顶升力，应用 Matlab工具进行曲线拟合，得到拟合曲线及轴承 负荷值见图6。
图6中横坐标“0”点代表中间轴承理论支置左右不同测点的顶举力，再进行曲线拟合，由此 解在轴承支点位置的轴承负荷测量值，具体技术得到该船舶轴系某一轴承在特点位置范围内的轴 路线见图3。
承负荷变化规律，依据拟合曲线方程就可轻松求图3船舶轴系校中校核新方法技术路线2.2曲线拟合的最小二乘法 法的关键环节，根据理论分析得二次方函数是比m/-R將mi138点，同时规定中间轴承理论支点两边位置关系:近 螺旋桨位置为“”，远螺旋桨位置为“ + ”。
由曲 线拟合得到中间轴承支点实测负荷为0.695 k N，与理论值相差-7. 3%，满足船级社规范要求的土 20%范围内。
4 结论传统的轴系校中校核技术存在一些测量结果 可靠性评判问题，受测量人员、环境及试验数据后 处理等多个因素影响较大，测量结果采信度不高，误差范围偏大。
基于曲线拟合算法的船舶轴系校 中校核技术更能具体描述轴承负荷变化规律，且 无需通过K值换算即可获得轴承负荷测量值，可 一定程度减少误差，更能保证校核结论的科学性 和可靠性。
这种方法也存在现场试验及试验数据 后处理等工作量增大的缺点，后续工作将研制专 门的船舶轴系校中校核辅助测量分析系统，实现 整个测量分析过程自动化，弥补不足。
参考文献[1 ]宋世奎，张雁鹏.基于顶举法测量船舶轴系校核前后的中间轴承负荷[〗].中国修船，2015,29(3):38-40. [2] 曲智，汪骥，刘玉君，等.基于电阻应变片法的船舶推进轴系负荷测量方法研究[J].造船技术，2014 (1):43-46.[3]汪骥.船舶推进轴系负荷测试系统开发[D].大连:大连理工大学，2013.[4] 李锦通，吕庭豪.1200 TEU船主机轴系安装工艺[J].船海工程，2001(6) :14-16.[5] 盛德.3 600 t不锈钢化学品船轴系校中问题处理[J].船舶设计通讯，2007(1) :36-38.[6] 郑学贵.某船轴系校中工艺研究[J].中国修船，2015,28(4) ：1-5.[7] 王卓楠.推进轴系轴承负荷检验[J].造船技术，1995(2) ：15-23.[8] 马宁，钱华清，柴海林.浅谈大型散货船轴系校中及主机安装[〗].造船技术，2007 (5) :28 -31.[9] 周瑞平，肖能齐，林晞晨.船舶推进轴系振动与校中关键技术[J].船海工程，2016，45(1) :78-85. [10] 王建政，张文平，曹贻鹏等.船舶轴系校中工艺流程探索[J].船舶工程，2011，33(6):77-80.[11 ]李江，薛冬新，宋希庚.基于l a b V I E W的轴系校中检测系统[J].造船技术，2010(2) :29-31.[12] CB/Z 338—2005,船舶推进轴系校中[S].[13 ]中国船级社，钢质海船入级规范.第3分册[M].北京:人民交通出版社，2012.Verification Technique of Marine Shafting AlignmentBased on the Curve Fitting AlgorithmHU Xian-min1，LIU Qun-fang1，WEN Xiao-fei2 3，ZHU Jian2(1. Zhejiang International Maritime College, Zhoushan Zhejiang 316021, China；2. Zhejiang Ocean University, Zhoushan Zhejiang 316022, China；3. School of Energy and Power Engineering, W u h a n University of Technology, W u h a n 430063, China)Abstract：In order to raise the verification accuracy, a new verification method of shafting alignment was introduced based on the curve fitting method, which i s independent on jack-up coefficient. The linear relation between jack-up force and measure position was adopted, by measuring the jack-up forces at different points, the bearing load can be determined by the fitted curve function. The new method was verified by experiments, which i s helpful to make the results of the bearing5s load more reliably.Key words：marine shafting； verification technique；shafting alignment；curve fitting139。
