当前位置：文档之家 › MATLAB有限元方法在船舶推进轴系校中计算中的应用

MATLAB有限元方法在船舶推进轴系校中计算中的应用

  • 格式：pdf
  • 大小：2.09 MB
  • 文档页数：2

下载文档原格式

  / 2

合集下载

有限元法在船舶检验工作中的应用研究

有限元法在船舶检验工作中的应用研究

有限元法在船舶检验工作中的应用研究【摘要】本文围绕着有限元法，具体分析了有限元法的一些特点，并详细分析了其在船舶检验工作中的具体应用，提出了使用有限元法具体过程和需要注意的事项，以期能够让有限元法更好的应用于船舶检验中。

【关键词】有限元法；船舶检验；应用一、前言有限元法具有诸多优势，能够和现代计算机技术充分融合，从而提高船舶检验的科学性和检验结果的准确性。

因此，在船舶检验中利用有限元法是非常具有现实意义的。

二、船舶检验工作随着我国水运经济的快速发展，极大地刺激了国内外航运业和造船市场的发展，同时也出现了一大批低质量船舶充斥其间，给海上人命安全、水域环境和船货安全带来了极大的威胁。

如何通过加强船舶检验管理工作，有效控制低质量船舶成为大家共同面对的问题。

针对船舶检验工作特点，结合监管力量分布实际，要求施工单位、船舶等安全生产责任主体要树立“安全第一”意识，及时将安全工作的具体要求传达给现场施工人员，督促其按章操作，杜绝思想麻痹；要求作业船舶应按规定显示号灯、号型，及时总结检查发现的问题，要求施工单位认真落实整改措施。

船舶检验是船舶检验机构对船舶及其设备的技术状况进行检验、审核、测试和鉴定的总称。

船舶技术证书是证明船舶技术状况的文件。

船舶只有通过相应的检验，才能取得必要的技术证书或保持技术证书继续有效。

三、有限元法的特点据相关资料表明，一个新的产品能够在设计的阶段解决超过60%的问题。

有限元方法是一种求解各种繁复工程问题的重要分析方法，同时也是开展科学研究的重要工具。

运用有限元方法就能够在产品（包括结构以及工艺）设计的时候进行参数的分析与优化，以此来提高产品的质量。

有限元的分析法目前已经成为了取代大量实物进行试验的数值化“虚拟试验”，在该种方法的条件下，大部分的计算分析以及典型的验证性试验进行相互结合能够提高效率以及降低成本。

在对有限元法的使用功能上，其具有以下的特点：1、它是一种完全适用于Windows界面下工作的新程序，且应用更加的简单方便。

MATLAB有限元方法在船舶推进轴系校中计算中的应用

MATLAB有限元方法在船舶推进轴系校中计算中的应用

3 实例计算与结果分析 首先为了验证程序的准确性，先对CB*/Z338-84 的一个计 算实例进行计算，其计算结果与三弯矩法，有限元法列于表1






i




i
i
ii










i
i
i
2. 2 轴系校中程序说明 用MATLAB科学计算软件编写有限元计算程序对轴系进行 校中计算，轴系上的工况及其边界条件，如：作用在轴上的额外 载荷等，都可以在程序中添加或改变。现将介绍有限元法校中计 算的过程。 2. 2. 1 轴系生成与计算过程 本程序是按矩阵位移法分析原理来编制的。根据矩阵位移 法计算步骤，程序应该包括的内容： ①根据轴系实际布置和结构情况，输入船舶轴系直径、密 度、载荷情况等参数到数据文件； ②MATLAB程序读入船舶轴系初始参数的数据文件，并进 行计算； 轴承编 图形； 1
上世纪末我国造船行业也已经开始广泛的使用这一技术从而改善了轴系各轴承的负荷分配不均的状况极大地提高了船舶推进轴系工作的可靠性船舶轴系合理校中比较常用的计算方法有三弯矩法迁移矩阵法和有限元法等由于计算机的普遍应用和推广有限元法越来越成为船舶轴系校中计算的最有效方法
MATLAB有限元 方法在船舶推进轴系 校中计算中的应用
图2
程序流程图
轴承反力（轴承支kN） 有限元法 本程序/有限元法 172.89 53.46 47.40 173.29 52.61 47.57
44
轴承编 号 1 2 3
三弯矩法 164.76 58.05 45.15
T T T e yi i e y yji i y j j Fe Ti M Fe i T jTM j i M j i Tj M j TT （仅进行直线校中计算，其单位已换算为国际单位制），通过对 ee j j TT yy yj j F F T T Mi i T Tj j M M ii ii y ee ii M jj 比，可见本程序的计算结果与标准的计算结果基本一致。 F校中计算时，轴系是在弹性范围内变形，作用力与变形之 K e R K e K e e Fe 。 K eF K e K K e R K R K 。 。 e e e e ee式中 F F K Kee K Kee为单元刚度矩 R R K K 。 。 表1 计算与结果分析 间成线性关系，所以可以写成： ee e Fe e Fe 阵，表示单元体抵抗外力使其变形的能力。按这种方法求出每一 轴承反力（轴承支kN） 轴承编 e Fe T T T T 三弯矩法 有限元法 本程序/有限元法 e yi i个单元的刚度矩阵。把全部单元的刚度矩阵分割并按一定规律组 y j j e y F y T M T M F T M T M 号 i ei j i j i j j e i i j j T T K ]，它将整个结构受 合，则可以得到结构（轴系）的刚度矩阵[ e yi i y j j Fe Ti M i T j M j 1 164.76 172.89 173.29 Fe K e 力[ F K K K K R e R K 再根据给定的约 。 。 联系起来，可以列出： e R]和变形 e e e e 2 58.05 53.46 52.61 F K e R K 。 束条件求解出每一个节点上的集中力和弯距 。 e K e e

基于有限元的舰船推进轴系合理校中计算方法

基于有限元的舰船推进轴系合理校中计算方法

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
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

船舶推进轴系振动与功率测量分析研究

船舶推进轴系振动与功率测量分析研究

讨论
根据实验结果和分析，本次演示对船舶轴系振动的原因进行了深入探讨。研 究发现，船舶轴系振动主要受到螺旋桨激振力、轴系不平衡等因素的影响。为了 有效控制船舶轴系振动，可以从以下几个方面入手：
1、优化螺旋桨设计，减小螺旋桨的激振力。通过改变螺旋桨的叶片形状、 数目等参数，降低螺旋桨运转过程中产生的激振力，从而降低船舶轴系振动的幅 度。
文献综述
近年来，国内外学者针对船舶推进轴系振动问题进行了广泛的研究。研究内 容主要包括推进轴系的模态分析、振动特性分析、振动故障诊断等方面。
在模态分析方面，研究者通过有限元方法对推进轴系进行模态模拟，得到了 轴系的固有频率和振型。研究表明，推进轴系的模态特性与船舶的动力学特性密 切相关。
在振动特性分析方面，研究者对推进轴系在不同工况下的振动响应进行了测 量和分析。结果表明，推进轴系的振动响应受到船舶运行工况、推进轴系结构及 材料等因素的影响。
在振动故障诊断方面，研究者通过对比正常和故障轴系的振动数据，利用谱 分析、小波变换等信号处理方法，实现了对推进轴系故障的早期发现和诊断。
然而，现有研究大多于推进轴系的振动特性和故障诊断，而对推进轴系振动 的抑制方法研究较少。因此，本研究将针对这一问题展开探讨。
研究方法
本研究采用实验测试与数值模拟相结合的方法，对推进轴系的振动进行抑制 研究。首先，利用振动测试设备对推进轴系的振动响应进行实验测试，获取丰富 的实验数据。然后，通过有限元方法对推进轴系进行建模，并对模型进行动力学 分析，得到轴系的模态频率和振型。
1、在实验测试方面，由于测试设备和条件的限制，未能对不同类型和规模 的船舶推进轴系进行全面的测试和分析。因此，未来的研究可以进一步拓展实验 测试的范围，以验证方法的普适性和有效性。

船舶推进轴系的一般布置和校中计算

船舶推进轴系的一般布置和校中计算

船舶推进轴系的一般布置和校中计算付品森【摘要】Sailing safety of a ship is directly concerned with the quality of the alignment of propulsion shafting, which is inlfuenced by many factors, such as process precision of ship shaft, installation bending of shafting, hull distortion, quality of operation personnel and so on. This paper introduces the principles and methods for the calculation of general arrangement and alignment of propulsion shafting, and especially presents principle, calculation procedure and algorithm of rational load method. Taking an ocean engineering vessel as an example, it describes method, program, procedure and analysis of jack-up test in detail.%船舶推进轴系校中质量的好坏直接关系到船舶的航行安全，而影响轴系校中质量的因素很多，如船轴的加工精度、轴系的安装弯曲、船体变形、操作人员素质等。

文中介绍了船舶推进轴系一般布置和校中计算的一些原理和方法，重点介绍合理负荷法的原理、计算步骤和计算方法等，并以某海洋工程船为例，详述了顶举试验的方法、程序和步骤与分析。

【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】8页(P66-73)【关键词】推进轴系;平轴法;合理负荷法;顶举试验【作者】付品森【作者单位】博格普迅推进器国际贸易上海有限公司上海200050【正文语种】中文【中图分类】U664.2船舶轴系是船舶动力装置中的重要组成部分，轴系把柴油机的曲轴动力矩传给螺旋桨，以克服螺旋桨在水中转动的阻力矩，再将螺旋桨产生的轴向推力传递给推力轴承，克服船舶航行中的阻力，实现推动船舶航行的目的。

船舶轴系扭转振动有限元分析及求解

船舶轴系扭转振动有限元分析及求解
二 轴系扭转振动的有限元法分析
有限元法的基本思想是“化整为零 ”,即化复杂的不规则的整体为有限个单元的集合 体 ,以一定程度的近似为代价求出扭振系统的数值解 。具体地说 ,借助于有限元法 ,可以把 一个复杂的连续体看成是若干个基本离散单元的集合体 ,对扭振而言 ,有限元法使连续的扭 振问题变成一个有限自由度系统的振动问题 ,从而使得问题可以借助于线性方程组求解 。
一 引 言
船舶柴油机动力装置轴系的扭转振动是影响该动力装置安全运行的重要动力性能之 一 ,也是当前柴油机推进装置的重要故障原因之一 ,世界多数国家的船舶检验机构规定 ,超 过 150马力的内燃机动力装置必须进行扭转振动计算和测量 ,中国船舶标准化技术委员会 专业标准也有类似的规定 。目前 ,扭转振动计算方法有多种 ,计算的内容是进行系统的自由 振动和强迫振动计算 。自由振动计算的方法很多 ,如 Holzer法 、Tolle法 、Tepckux法等 ,以往 以 Holzer表格法应用较多 ;强迫振动计算多采用能量法 、放大系数法 。本文主要在 matlab7. 0环境下采用直接求解法求解自由振动 ,采用振型叠加法求解强迫振动 。matlab是近年来 开始流行的实用性工程数学计算软件 ,它以矩阵为计算基本单元 ,本文利用其强大的矩阵计 算功能进行轴系扭转振动计算 。
k1
- k1
0… 0
0
0
- k1 k1 + k2 - k2 …
0
0
0
K= … … … … …
…
…
0
0
0
… - kn - 2 kn - 2 + kn - 1 - kn - 1
0
0
0… 0
- kn - 1
kn - 1
对单支系统 ,矩阵带宽为 3;

有限元分析在船舶轴系设计中的应用


ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｃｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ｉ ｒａ ｔ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｒ ａ ｄ ｉ ｉ ｒ ｔ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｈｅ ｔ ｓ ｒｅ ｔ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｒａ ｔ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｂ ｙ ２ ０ ｐ ｅ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ ． ｍｅ ｎ ｗｈ ａ ｉ ｌ ｅ ， ｈｅ ｔ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｌ ｏ ｗａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｒ ｔ ｅ ｓ ｓ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕｓ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｗａ ｓ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ３ ８ ｐ ｅ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｗａ ｓ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ １ ７ ｐ ｅ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ ． Ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｎａ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｅ ｄ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｍｅ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｔ Ｓ ｈ ｉ ｐ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｎｄ ａ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｉ ｔ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｓ ｈ ｎｇ ａ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ２ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍｅ ｄ ｉ ａ ｔ ｅ ｓ ｈ ａ ｆ ｔ ｗａ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｅ ｄ ｂ ｙ ＡＢ ＡＱ ＵＳ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｗａ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ

基于有限元法的船舶推进轴系校中计算软件开发

Key words: Alignment calculation; FEM Marine shafting; Software development
船舶推进轴系是从发动机或机组的输出法兰到推进器 之间以传动轴为主的一整套设备[1]。船舶推进轴系的校中 计算，是对轴系的有效性和可行性进行计算和理论认证，是 船舶轴系设计和安装不可缺少的环节。轴系校中的计算方法 主要有三弯矩法、传递矩阵法、力矩分配法、有限元法等等 [2-6]；不同的计算方法具有各自的侧重点，如计算精度、 计算速度等。随着计算机技术的发展，有限元法在计算精度 的优势越来越明显；因而，有限元法也就成为轴系校中计算 的一个重要发展方向。应用有限元法，结合编程技术和手 段，实现船舶推进轴系校中计算，对于船舶轴系设计而言， 具有一定的实际工程应用价值。
4 结束语 以上计算实例说明，利用电子表格进行动态模拟计算，
关键词：校中计算；有限元法；船舶轴系；软件开发
Development of Marine Shafting Alignment Calculation Software Based on FEM
WEN Xiaofei1, ZHU Guibing1, Hu Xianmin2
( 1 Zhejiang Ocean University, Zhoushan 316000; 2 Wuhan University of Technology, Wuhan 430063 )
（上接第34页） 3 救生船倾覆扶正时间估算
问题简述：一救生船，要求倾覆后能自动扶正，计算由 倾覆状态到正浮180°所需时间。
本题在数据准备和计算公式精度两方面都有很大的难 度，特别是阻力的计算，没有较为准确的计算公式可用，故 该计算只能作为一种较为粗糙的估算。除了船舶重量、转动 惯性矩等参数为常数外，由于船在旋转过程水下的形状不断 改变，数据准备的工作量很大，必须计算船从倾覆到正浮翻 转180°每10°间隔的浮态、旋转中心、水下纵剖面面积和

船舶轴系的振动与控制分析船舶专业毕业设计毕业论文

船舶轴系的振动与控制分析摘要本文主要进行船舶轴系振动的模态分析（固有频率与固有振型），通过MATLAB 平台实现了船舶轴系纵向振动模态计算的通用程序，并且分别应用该通用程序与ANSYS中的模态分析计算了船舶轴系扭转振动与纵向振动（给定轴系）的模态，并对所计算的结果进行了对比与分析。

同时，本文也介绍了船舶轴系强迫振动的计算以及船舶轴系振动的控制分析。

本文以船舶推进轴系的振动为研究对象，查阅了国内外大量文献，首先介绍了船舶推进轴系振动的分类，接着以一种通俗的方式阐述了各种振动的机理。

其次论述了轴系振动计算的几种常用的方法：霍尔兹法、传递矩阵法与有限元法。

接着论证了传递矩阵法的可用性，以及在什么情况下使用该方法可以达到所需的精度要求。

然后通过MATLAB平台实现了船舶轴系振动（包括扭转振动与纵向振动）的通用程序。

紧随其后，使用该程序计算了一个扭转振动与纵向振动的实例，再后来使用ANSYS对同样的例子进行了计算分析，通过比对，证实了通过MATLAB平台实现的通用程序计算的结果是令人满意的。

随后介绍了轴系的强迫振动及计算强迫振动的传递矩阵法，并给出了该方法的一个简单的算例，之后介绍了避振的几种思路。

最后对研究成果和有关问题进行了总结，对研究中的不足作了说明，对今后的工作做出了展望。

关键词：纵向振动，传递矩阵法，有限元法，通用程序，强迫振动Analysis of Vibration and ControlOn Ship ShaftingAbstractThis paper is mainly researching the vibration characteristics on ship shafting (natural frequencies and mode shapes). Through the platform of MATLAB, we get the general program which can calculate the mode of the longitudinal vibration and torsional vibration on ship shafting, and using this general program, an instance is calculated. ANSYS is applied to, too. And then both of the calculated results were compared and analyzed. At the same time, the paper also describes the calculation of the forced oscillation of ship shafting and the analysis of ship shaft vibration control.In this paper, viewing vibration of ship propulsion shafting as the research object, I consulted relevant data at home and abroad. First, I have introduced the classification of ship propulsion shafting vibration, and then described in a easy manner to various vibration mechanism.Next, several commonly used methods to vibration calculations are discussed: the Holzer method, the transfer matrix method and the finite element method.Then the availability of the transfer matrix method is demonstrated, and also is the required precision when we can achieve by the method.After that, through the platform of MATLAB, we get the general program which can calculate the mode of the vibration (including the longitudinal and the torsional vibration) vibration on ship shafting. Then we use the general program to calculate an instance of longitudinal and torsional vibration. And then we use ANSYS to calculate the same example. By comparison, we confirm the results by the general program through MATLAB platform are satisfactory.Then we introduce the forced vibration of ship shafting and the transfer matrix method of the forced vibration, and a simple example is showed, after that we introduce several ideas to avoid vibration.Finally, a summary about the achievement and problems is presented. An explanation of imperfectness in the study and pieces of advisement for the future work is given.Key words: Longitudinal Vibration，Transfer Matrix Method，Finite Element Method，General Program, Forced Vibration目录摘要........................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................. I I 目录 ................................................................................................................ III 一绪论 (1)1.课题研究的目的和意义 (1)2.国内外研究概况 (2)3.本文主要工作 (3)二船舶轴系振动简介 (5)1.纵向振动 (5)2.扭转振动 (6)3.回旋振动 (7)三轴系振动计算方法 (9)1.霍尔兹（Holzer）法 (9)2.传递矩阵法 (11)3.有限元法 (19)四轴系振动通用程序实现 (23)1.船舶轴系的构造 (23)2.轴系振动通用程序实现 (25)3.轴系振动通用程序的应用与检验 (28)五船舶轴系振动的控制 (46)1.船舶轴系的强迫振动 (46)2.船舶轴系强迫振动的传递矩阵法 (46)3.强迫振动算例 (48)4.船舶轴系避振措施 (50)六总结 (52)1.结论 (52)2.设计评价和展望 (52)致谢 (53)附录 (54)参考文献 (62)一绪论1.课题研究的目的和意义声明：本论文中除特殊说明之外出现的所有物理量的单位均为国际制单位，即长度为米，时间为秒，质量为千克等。

有限元法在船舶检验工作中的应用研究

有限元法在船舶检验工作中的应用研究
有限元法在船舶检验工作中的应用研究主要涉及以下几个方面的内容：
1. 结构强度分析：有限元法可以用于预测船体结构在不同工况下的强度性能，包括静态和动态载荷的作用。

通过模拟实际工况，分析预测船体在不同海况下的受力情况，从而评估船体结构的强度和疲劳性能。

这对于船舶的设计、制造和维护非常重要。

2. 液体动力学分析：有限元法可以用于模拟船舶在水中的流体动力学行为，包括水动力性能、阻力、推进性能、漂移和操纵性能等。

通过分析这些参数，可以优化船体设计，提高船舶的性能和效率。

3. 隐写分析：有限元法可以用于模拟船体结构中的隐蔽缺陷和损伤，如腐蚀、裂纹等。

通过对这些隐蔽缺陷进行分析，可以评估其对船舶结构强度和安全性能的影响，并制定相应的维修和保养计划。

4. 冲击和碰撞分析：有限元法可以模拟船舶在碰撞、冲击等意外事件下的结构反应。

通过模拟这些事件，可以评估船体在不同情况下的受损程度，提供决策依据，以减少事故的发生和减轻损失。

5. 涡激振动分析：有限元法可以用于模拟船体在行驶过程中产生的涡激振动现象。

通过分析这些振动现象，可以优化船体设
计，减少振动对船体结构的影响，提高船舶的安全性和舒适性。

总之，有限元法在船舶检验工作中具有广泛的应用，可以用于模拟和分析船舶结构的强度、水动力性能、隐蔽缺陷、冲击和碰撞等各个方面，为船舶设计、制造和维护提供科学的依据。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

3 实例计算与结果分析 首先为了验证程序的准确性，先对CB*/Z338-84 的一个计 算实例进行计算，其计算结果与三弯矩法，有限元法列于表1






i




i
i
ii











i
i
i
2. 2 轴系校中程序说明 用MATLAB科学计算软件编写有限元计算程序对轴系进行 校中计算，轴系上的工况及其边界条件，如：作用在轴上的额外 载荷等，都可以在程序中添加或改变。现将介绍有限元法校中计 算的过程。 2. 2. 1 轴系生成与计算过程 本程序是按矩阵位移法分析原理来编制的。根据矩阵位移 法计算步骤，程序应该包括的内容： ①根据轴系实际布置和结构情况，输入船舶轴系直径、密 度、载荷情况等参数到数据文件； ②MATLAB程序读入船舶轴系初始参数的数据文件，并进 行计算； 轴承编 图形； 1
T T T e yi i e y yji i y j j Fe Ti M Fe i T jTM j i M j i Tj M j TT （仅进行直线校中计算，其单位已换算为国际单位制），通过对 ee j j TT yy yj j F F T T Mi i T Tj j M M ii ii y ee ii M jj 比，可见本程序的计算结果与标准的计算结果基本一致。 F校中计算时，轴系是在弹性范围内变形，作用力与变形之 K e R K e K e e Fe 。 K eF K e K K e R K R K 。 。 e e e e ee式中 F F K Kee K Kee为单元刚度矩 R R K K 。 。 表1 计算与结果分析 间成线性关系，所以可以写成： ee e Fe e Fe 阵，表示单元体抵抗外力使其变形的能力。按这种方法求出每一 轴承反力（轴承支kN） 轴承编 e Fe T T T T 三弯矩法 有限元法 本程序/有限元法 e yi i个单元的刚度矩阵。把全部单元的刚度矩阵分割并按一定规律组 y j j e y F y T M T M F T M T M 号 i ei j i j i j j e i i j j T T K ]，它将整个结构受 合，则可以得到结构（轴系）的刚度矩阵[ e yi i y j j Fe Ti M i T j M j 1 164.76 172.89 173.29 Fe K e 力[ F K K K K R e R K 再根据给定的约 。 。 联系起来，可以列出： e R]和变形 e e e e 2 58.05 53.46 52.61 F K e R K 。 束条件求解出每一个节点上的集中力和弯距 。 e K e e
2. 2 2. 2 程序流程图 58.05 见图2. 3
164.76
4 5 6 7 8
45.15 58.43 33.29 69.34 150.00 44.35
172.89 53.46 47.40 49.49 41.88 72.57 149.35 44.57
173.29 52.61 47.57 52.70 38.65 72.82 149.32 44.58
e e 及作用力 F Fe , 根据杆的特性，可以列出单元体的位移 e e ee F F ee 即： e yi i y j j T ； Fe Ti M i T j M j T T
e
F
图1 计算模型的建立
Chen Wanhong Yang Pengbo Shen Heng (Shanghai Jiaotong University Shanghai 200030, Guangzhou Marine Engineering Corporation Guangzhou 510250)
摘 要：船舶推进轴系安装是船舶建造中重要的一个环节，船舶轴系合理校中计算对保证轴系长期 可靠运转极为重要。本文介绍了船舶轴系校中计算中常用的有限元法。依据该方法用MATLAB有限元 的方法编制轴系校中计算程序，通过该程序可以计算出船舶在下水、满载或半载情况下，由于船体变 形而导致轴系参数的变化。 Abstract:Shipping shaft system alignment is essential to ensuring the long-term's reliable operation of shaft. This paper illustrates matlab finite element method is used to calculate the. shipping shaft system alignment in different conditions.Three moment methods, the transition matrix method and finite element method in shipping shaft system alignment are used, the application of finite element method in shipping shaft system alignment is proved to be more reasonable through an example.
图2
程序流程图
轴承反力（轴承支kN） 有限元法 本程序/有限元法 172.89 53.46 47.40 173.29 52.61 47.57
44
轴承编 号 1 2 3
三弯矩法 164.76 58.05 45.15
3 4 5 6 7 8
45.15 58.43 33.29 69.34 150.00 44.35
47.40 49.49 41.88 72.57 149.35 44.57
47.57 52.70 38.65 72.82 149.32 44.58
4 结论 本程序的计算结果与CB*/Z 338-84 的有限元计算结果基本 相一致，在与三弯矩法的对比中可以看到有限元法的计算精度是 较高的，应该在实际工程应用方面加以推广，因作者水平有限， 不足之处请批评指正。
43
设计开发
Design & Exploitation
2.1.2 计算模型的建立 见图1
本程序可以进行承受节点荷载作用的简支梁线弹性计算。 当轴系有外载荷时，只需在离散时在做些适当处理。将单元和节 点进行编码，并将编码信息和初始计算数据输入计算程序，再根 据边界条件计算出不同工况下轴系单元的参数。 由于船舶进行轴系校中计算时是在空载情况下进行的，当 船舶下水或者船舶满载或半载时，船体必会产生变形，造成轴承 支座发生变形，从而影响轴系校中的质量。但是采用位移法进行 轴系校中时，可以在程序中改变轴承支座高度，计算出船体发生 变形后船舶轴系合理校中结果。所以，应用现有的有限元程序是 今后船舶轴系校中过程中应该大力推广应用的常用计算方法。
参考文献 [1]周继良,邹鸿钧.船舶轴系校中原理及应用[M].北京:人民交通出版 社,1985.2. [2]王勖成, 邵敏. 有限单元法基本原理和数值方法[M]. 北京:清华大 学出版社.1997. 作者简介：陈万宏（1973-）， 男，工程师。 收稿日期：2008年5月15日
轴承反力（轴承支kN） 三弯矩法 有限元法 本程序/有限元法 ③输出轴系各个计算单元的位移、转角、弯矩等参数及其 号
MATLAB有限元 方法在船舶推进轴系 校中计算中的应用
Application of Finite Element Method Using MATLAB in Ship's Propulsion Shafting Alignment Calculation
陈万宏1 杨蓬勃2 沈 恒2 （1上海交通大学船舶与建筑工程学院 上海 200030， 2 广州船舶及海洋工程设计研究院 广州 510250）
关键词：船舶轴系 校中 有限元法
Key Words: Shipping shaft system Alignment Finite element method System
1 前言 船舶轴系校中质量的好坏,关系到轴系能否长期正常稳定的 运转。自从二十世纪六十年代以来,国外船舶轴系校中普遍采用 了合理校中技术。上世纪末我国造船行业,也已经开始广泛的使 用这一技术,从而改善了轴系各轴承的负荷分配不均的状况,极大 地提高了船舶推进轴系工作的可靠性，船舶轴系合理校中比较常 用的计算方法有三弯矩法、迁移矩阵法和有限元法等，由于计算 机的普遍应用和推广，有限元法越来越成为船舶轴系校中计算的 最有效方法。 MATLAB是一大型科学计算工具软件，其强大的计算能力 及开放的设计环境使其已经广泛应用于各个学科。其内部有各种 优化、解方程组等函数可直接调用，用其求解轴系的优化校中，可 使繁琐的编程变得简单容易，极大地提高了设计的效率及准确性。 2 有限元法轴系校中计算简介[1] 2. 1 轴系校中计算基本原理 2. 1. 1 位移法基本概念 有限元法是将连续的求解区域离散为一组有限个单元相联 结在一起的单元的组合体，利用在每一个单元内假设的近似函数 来分片的表示全求解域上待求的未知场函数。 因此，在应用有限元法中的位移法对轴系进行校中计算 时，先将呈平面弯曲的轴系划分成为若干个有限的梁段（每一段 梁段都是等截面的），称之为一个单元。单元与单元的连接点， 称为节点。然后求出每一个单元的刚度矩阵，把全部单元的刚度 矩阵分割并按一定规律组合，则可以得到结构（轴系）的刚度矩 阵，结合轴系结构受力和约束条件，可以求出作用在每一个节点 上的集中力，弯距及转角。