气泡动力学非线性分析

自适应变分模态分解算法在高温高压水空化特性分析中的应用目录1. 内容简述 (2)1.1 背景与研究意义 (2)1.2 文献综述 (3)1.3 研究目标与内容 (4)2. 高温高压水空化现象及特征 (5)2.1 空化现象的物理机制 (6)2.2 高温高压水空化特性 (7)2.3 传统分析方法的局限性 (8)3. 自适应变分模态分解算法简介 (9)3.1 变分模态分解算法原理 (10)3.2 自适应策略的引入 (11)3.3 算法优势及应用前景 (12)4. AVMD应用于高温高压水空化特性分析 (14)4.1 数据采集与预处理 (15)4.2 AVMD参数选择及模型构建 (16)4.3 空化特性特征提取与分析 (17)4.3.1 空化频率谱分析 (18)4.3.2 空化强度特征提取 (20)4.3.3 空化发展趋势分析 (21)4.4 相关性研究 (23)5. 结果与讨论 (24)5.1 空化频率谱及强度特征 (25)5.2 高温高压下空化规律分析 (27)5.3 AVMD算法的有效性和适用性 (28)6. 结论与展望 (30)6.1 研究结论 (31)6.2 未来研究方向 (32)1. 内容简述本文重点研究自适应变分模态分解算法在高温高压水空化特性分析中的应用。

简要介绍了高温高压环境下的水空化现象及其重要性，指出水空化特性的准确分析对于相关领域的研究和实际应用至关重要。

阐述了自适应变分模态分解算法的基本原理和优势，包括其在处理复杂非线性、非平稳信号方面的能力。

通过理论分析和实验研究相结合的方式，探讨了如何将自适应变分模态分解算法应用于高温高压水空化特性的分析过程中。

通过分解水空化过程中的复杂信号，提取出具有物理意义的模态分量，进一步揭示水空化的内在规律和特性。

通过对比分析验证了自适应变分模态分解算法的有效性和优越性，展望了其在相关领域的应用前景。

1.1 背景与研究意义随着现代工业技术的飞速发展，高温高压水（HPW）系统的应用日益广泛，特别是在能源、化工、石油及航天等领域。

偏微分方程(本科生数学基础课教材)微分方程是一种非常重要的数学方法，它可以处理定义在一定空间中的未知变量和已知变量间的关系。

本科生数学基础课教材中涉及到了一些偏微分方程的知识，本文将深入的介绍下偏微分方程的内容。

1. 什么是偏微分方程偏微分方程（partial differential equation，简称PDE）是指表示未知函数的某个变量的函数序列的方程，其中的变量的某些部分可能被某些定义的函数所限定。

这种方程反映了区域内任意函数的可能存在的连续性及其求解时某些变量之间的约束性关系。

偏微分方程在微分几何，动力学系统，电磁学，偏微分方程的变分技术，稳定性理论，普朗克力学，热传导，流体动力学等数学领域都有着广泛的应用。

2. 偏微分方程的基本概念偏微分方程的基本概念是函数的求导和积分，是变分法的基础。

它以熟悉概念为基础，将导数和积分结合起来，形成一种新的数学形式。

它所求解的未知函数，都是在空间和时间两个方面连续发展变化的，或者说，同时考虑空间和时间函数和现象之间的关系。

3. 常见的偏微分方程偏微分方程一般分为四类，其中常见的有波动方程，Poisson方程，拉普拉斯方程，Kelvin-Voigt方程，吉普斯梅尔方程，马太偏微分方程等。

（1）波动方程：它是一个非线性的偏微分方程，其解的特殊情况可表示为解析解，常见的波速等作为特例。

（2）Poisson方程：它是一个双曲型偏微分方程，可以用于描述在两个或多个方向上具有对称性的繁杂系统或一维系统中热或电荷的分布。

（3）拉普拉斯方程：它可以用于求解变分问题，它本身也是一个偏微分方程问题，可用来求解几何和物理系统中的路径长度，其求解结果为变函数。

（4）Kelvin-Voigt方程：它可以引用细胞膜的抗冲击性能的偏微分方程，在本科教材中可以用来求解组织在生物学上产生渐进延迟的情况。

（5）吉普斯梅尔方程：它是一类非线性偏微分方程，通常用来描述热传导，晶体振动和流体动力学在狭义上的应用。

第25卷第5期水下无人系统学报 Vol. 25No. 5 2017年12月 JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Dec. 2017收稿日期: 2017-09-30; 修回日期: 2017-11-10.基金项目: 国家自然科学基金项目(51479204、51409253、51679246).作者简介: 金 键(1990-), 男, 在读博士, 主要研究方向为舰船抗爆抗冲击.[引用格式] 金键, 朱锡, 侯海量, 等. 水下爆炸载荷下舰船响应与毁伤研究综述[J]. 水下无人系统学报, 2017, 25(5): 396-409.【编者按】现代舰船的生命力和战斗力受到鱼、水雷等水中兵器的严重威胁, 开展水下爆炸载荷下舰船响应与毁伤研究具有十分重要的现实意义。

水下爆炸载荷下舰船的响应与毁伤过程是复杂的非线性动态过程, 属大变形、强非线性问题, 涉及流体力学、气泡动力学、爆炸力学、塑性力学、塑性动力学、结构力学、断裂力学、结构振动学、水弹性力学及计算机应用等众多学科及相互之间的交叉。

目前对水下爆炸的基本过程、物理现象和载荷特性的研究较为成熟, 对复杂边界条件下的水下爆炸过程和载荷特性的研究也有了长足的进展, 而水下爆炸载荷下舰船动响应过程、毁伤机理问题还有待进一步研究。

在受到水中兵器的攻击情况下, 如何根据舰船动响应过程与毁伤机理合理选取材料、设置优化结构是舰船防护中亟待解决的问题。

在国内, 朱锡教授带领的舰船抗爆抗冲击技术研究团队在舰船防护装甲材料、舰船防护结构设计方法、舰船结构防护/承载/隐身多功能一体化等方向有深入研究, 取得了一批原创性成果。

目前团队承担着武器装备预研项目、国防973项目、国家自然科学基金重点项目等多项国家级项目的研究与研制任务。

本刊特邀其团队成员金键博士系统梳理了水下爆炸下舰船响应与毁伤问题, 以综述形式呈现, 旨在让读者对水下爆炸的过程、分类和载荷特征、舰船动响应过程和毁伤机理以及研究方法和研究趋势有清晰的了解与认识。

0引言液体晃动现象普遍存在于人们的生活与生产中，液体晃动导致的安全和稳定性问题长期影响着各充液系统应用行业技术的发展。

对于受外部干扰作用的贮箱内液体晃动产生的动态非平衡晃动力和晃动力矩的研究，在交通运输[1-4]、液体能源储存[5-6]和航空航天[7-13]等工程领域受到学者们的普遍关注。

建立液体晃动系统的力学模型是研究液体晃动特性的重要手段。

传统单摆模型研究中，包光伟[14]针对平放式贮箱内的液体晃动特性建立单摆模型来对其进行描述；苗楠等[15]对单摆模型各个参数插值建立航天液体燃料晃动模型，并进行了变充液比工况下的输出响应仿真验证。

质量-弹簧模型研究中，刘嘉一等[16]利用建立的三维质量-弹簧模型计算了水平载荷时的液体作用力；岳宝增等[17]在解析带柔性附件充液航天器耦合特性时将液体晃动等效为球摆模型。

此类传统等效力学模型具有计算量小和效率高的优点，但是简化假设较多，制约了传统力学模型描述液体高阶晃动模态时的完整性，且可控、可调参数的数目较少，使其准确性也受到了限制。

近年来涌现出的各类新型模型有复合模型[18]、运动脉动球模型（moving pulsating ball model ，MPBM ）[19]、深度学习预测模型[20]、幅度组合模型[21]和参数化模型[22-23]，以上模型对液体晃动系统的特性表达精度较传统等效力学模型有了较大提高，其中参数化模型不仅可控、可变参数多，而且描述高阶晃动模态时精准度高。

文献[22-23]中的参数化模型均是在传统等效单摆模型的基础上对模型进行参数确定方法的优化，尽管比传统等效模型有所提升，但受限于传统力学模型框架结构单一的特点而无法对液体复杂工况下的晃动行为进行描述。

动力学系统建模需对研究对象进行系统辨识和参数估计，测量实验和CFD 模拟实验均可获得系统的输入、输出响应，但实验测量法[24-26]往往存在实验误差，且相似比选取不恰当时模拟实际工况程度较低或成本高，而CFD 数值模拟方法[27-30]成本低、适用性强和准确性高，且对液体晃动系统进行激励输入时准确无延迟。

LS-DYNA 简介ANSYS学习2009-02-17 20:03:54 阅读444 评论0 字号：大中小1.1 LS-DYNA 简介LS-DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。

在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。

与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。

由J.O.Hallquist主持开发完成的DYNA程序系列被公认为是显式有限元程序的鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码。

1988年J.O.Hallquist创建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列，并于1997年将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D 等程序合成一个软件包，称为LS-DYNA。

LS-DYNA的最新版本是2004年8月推出的970版。

ANSYS/LS-DYNA的前后处理器是ANSYS/PRE-POST,求解器LS-DYNA，是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。

LS-DYNA在1976年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）J.O.Hallquist博士主持开发，时间积分采用中心差分格式，当时主要用于求解三维非弹性结构在高速碰撞、爆炸冲击下的大变形动力响应，是北约组织武器结构设计的分析工具。

LS-DYNA 的源程序曾在北约的局域网Pubic Domain公开发行，因此在广泛传播到世界各地的研究机构和大学。

从理论和算法而言，LS-DYNA是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础。

1988年，J.O.Hallquist创建利沃莫尔软件技术公司（Livermore Software Technology Corporation），LS-DYNA开始商业化进程，总体来看，到目前为止在单元技术、材料模式、接触算法以及多场耦合方面获得非常大的进步。

《混沌理论及其在水声信号处理中的应用》阅读随笔一、内容概述在我近期阅读的《混沌理论及其在水声信号处理中的应用》我了解到混沌理论作为一种新兴的科学理论，其在水声信号处理领域的应用具有极其重要的意义。

本书的整体内容安排旨在阐述混沌理论的基本原理，并深入探讨其在解决实际问题中的应用。

尤其是针对水声信号处理这一特定领域，本书详细阐述了混沌理论如何被引入并应用于解决实际问题。

本书介绍了混沌理论的基本概念、原理以及基本思想。

混沌理论作为一门研究复杂系统的科学，具有揭示复杂系统内在规律的能力。

书中详细阐述了混沌现象的特性，如对初始条件的敏感依赖性、长期行为的不可预测性等，为后续应用混沌理论提供了理论基础。

本书进一步介绍了水声信号处理的基本概念以及面临的挑战，水声信号处理在海洋探测、水下通信等领域具有广泛的应用前景。

由于水声信号具有复杂性、噪声干扰等特点，使得信号处理的难度大大增加。

引入混沌理论成为解决这些问题的有效途径之一。

本书重点阐述了混沌理论在水声信号处理中的应用，通过引入混沌理论中的相关概念和方法，如混沌序列生成、混沌吸引子等，可以更有效地处理水声信号。

本书还通过实例分析和具体实验，展示了混沌理论在水声信号处理中的实际应用效果。

这些实例不仅验证了混沌理论的实用性，也为我提供了解决相关问题的新思路和新方法。

本书对混沌理论在水声信号处理中的未来发展趋势进行了展望。

随着科学技术的不断进步和发展，混沌理论的应用将越来越广泛。

我们可以预见更多的新方法和新技术将被引入到水声信号处理中，以更好地解决实际问题。

对于复杂的水声环境和水下通信等问题，也需要我们不断深入研究并寻求更好的解决方案。

《混沌理论及其在水声信号处理中的应用》这本书为我们提供了一个全新的视角来理解和解决水声信号处理问题，为我们未来的研究提供了宝贵的思路和启示。

二、混沌理论概述混沌理论是一门研究混沌现象的跨学科理论，其涉及的领域相当广泛，涵盖了数学、物理学、化学、生物学、经济学等各个领域。

声空化与声致发光研究进展陈伟中（近代声学教育部重点实验室，南京大学声学研究所，南京 210093）1 引言声波在液体中传播，在时空上产生压力起伏，出现低于静态压力的负压现象。

在液体的负压区域，液体中的结构缺陷（空化核）会逐渐成长，形成肉眼可见的微米量级的气泡，这就是声空化（Acoustic cavitation）[1]。

声空化强度不仅与驱动声压有关，还与液体中的空化核数量有关。

由于表面张力的作用，空化泡的形状几乎是球形的。

描述它的动力学模型是著名的Rayleigh气泡动力学方程[2]。

空化泡的运动具有明显的非线性特征，具体表现为缓慢的膨胀和急剧的压缩。

通常声空化泡的半径压缩比可达102的量级，体积压缩比就是106量级，因此它具有很高的聚能能力。

在压缩至最小半径前后，空化泡内部有数千度的高温和数千个大气压的高压。

这是超声清洗、超声粉碎、声化学等一系列声空化应用的基础。

当继续增大驱动声压，空化泡内部的温度压力继续上升，会导致光的辐射，这就是上世纪30年代发现的声致发光（Sonoluminescence，SL）现象[3]。

由于当时的声致发光来自大量随机产生的空化泡的破裂发光，故也称多泡声致发光。

多泡声致发光的气泡动力学特征很难测量，直到1992年，Gaitan等人结合声悬浮在充分去气的水中，实现了空间上定位、时间上周期的单一气泡的声致发光，即单泡声致发光[4]，相关的研究才取得重要进展。

和多泡声致发光的区别在于，它是一种稳态的振荡发光，不是破裂发光。

空间定位的稳态单泡发光为实验测量提供了必要的条件，人们可以测量气泡的动力学演化过程，可以测量光子的各种关联。

由于在早期的单泡声致发光实验中，没有测到多泡声致发光中的原子线状光谱，所以，人们认为多泡和单泡声致发光在机理上是不同的[5]。

直到2001年，人们在极暗的（Extreme dim）声致发光中开始观察到原子线谱[6]。

最近，人们在抖动的（Moving）声致发光中，也观察到了Ar原子特征谱线[7]。

超声珩磨时双空化泡的振动特性郭策;祝锡晶;王建青;刘国东【摘要】为了研究超声珩磨作用下磨削液中空化泡的非线性振动特性,基于超声珩磨时双空化泡的动力学理论,推导了磨削液中双空化泡振动位移模型,并对磨削液中双空化泡共振频率与振动位移的关系进行了数值模拟.研究结果表明:磨削液中双空化泡间距对空化泡共振频率和振动位移影响明显;双空化泡处于最佳间距下空化泡会发生剧烈共振,而在其它间距下空化泡振动微弱,为下一步预测及控制磨削液中的空化效应提供了理论支撑.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】5页(P29-32,38)【关键词】超声;珩磨;空化泡;非线性【作者】郭策;祝锡晶;王建青;刘国东【作者单位】中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051;中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051;中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051;中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】O427.4;O426超声珩磨是功率超声加工技术在精密及超精密加工领域的重要应用之一，与传统珩磨相比具有更高的磨削效率、更小的磨削力以及更低的磨削温度等一系列优势，广泛应用于38CrMnA、 42MnCr52、 NdFeB 以及工程陶瓷等脆硬性、难加工材料的高效、精密磨削过程中[1-3]. 超声珩磨加工过程中会在磨削液中发生空化效应，产生大量的空化泡[4]. 空化泡的非线性振动以及溃灭时释放的高强冲击波和高速射流等效应，是研究超声珩磨磨削机理不可忽视的重要组成部分.描述空化泡的运动规律可以用空化泡动力学模型表示，自从Rayleigh建立首个不可压缩、球形空化泡的动力学模型开始，各国学者分别对其进行了一系列的修正，使得空化泡理论模型与实际运动进一步吻合[5]. Plesset、 Noltingk和Nippiars等人通过考虑液体张力和粘性等因素对Rayleigh模型修正得到了经典的Rayleigh-Plesset模型[6-7]. 与传统液体介质中超声空化单纯受到超声作用不同，超声珩磨时磨削液中的空化泡还会受到珩磨压力及珩磨扰动速度的影响，因此空化泡的动力学模型更为复杂. 文献[8-9]建立了超声珩磨环境下单空化泡的动力学模型. 文献[10]对超声珩磨作用下空化泡的辐射声场进行了数值模拟. 虽然目前对单气泡的研究已非常深入，而实际发生空化的区域通常是以空化泡群或泡云的形式存在，研究两空化泡的相互作用是研究多空化泡群的基础. 文献[11]指出超声场作用下双空化泡的相互作用与双空化泡的共振频率、位移方程密切相关. 文献[12]通过速度势叠加原理建立了超声珩磨作用下双空化泡的动力学模型，本文将在前期研究的基础上对超声珩磨时双空化泡的共振频率和振动位移进行讨论.超声珩磨时超声波通过换能器、变幅杆、弯曲振动圆盘、挠性杆及油石等传递环节进入磨削液中，磨削液在超声振动、珩磨压力、珩磨头旋转及往复速度等作用下会发生空化效应，产生大量的空化泡，本文重点讨论两空化泡的运动特性.对超声珩磨时两空化泡理论模型有如下假设：空化泡运动过程中球心位置固定，空化泡始终保持球形，空化泡和液体介质之间无质量及热交换，考虑液体的粘滞性、表面张力等因素，忽略液体的可压缩性及空化泡振动在液体中的辐射阻尼. 根据速度势叠加原理，结合超声珩磨的边界条件就可以得到磨削液中双空化泡的运动模型，具体模型推导可详见文献[12-13].式中： i和j分别代表两个不同的空化泡； Ri0为空化泡i的初始半径； L为两空化泡之间的距离； pig0为空化泡内气泡分压初始值；ρ为液体密度；σ为液体表面张力系数；μ为液体粘滞系数； p0为磨削液的静压力； pa为超声波声压幅值； pc为泡内饱和蒸汽压； ph为珩磨压力；γ为气体的绝热指数； n为油石的转速； d为珩磨直径； A为超声振幅； f为超声频率.当磨削液中任意空化泡i在某时受到超声波负压相时，空化泡受到泡外压力pout 可以表示为此时，空化泡i的泡内压力pin为其中，为了简化计算，忽略磨削液粘滞阻力及泡内饱和蒸汽压，设空化泡在外力作用下半径的变化量为r，那么空化泡i的半径Ri=Ri0+ri，且Ri≫ri. 将Ri代入空化泡理论模型(1)，将其按1/Ri0的幂次方展开，并保留一次方项，式(1)可以转化为式(5)即为磨削液中双空化泡在超声珩磨作用下的振动方程. 其中，ωri=2πfri为空化泡i的共振角频率. 根据假设空化泡为小振幅振动，可以得到空化泡i的共振频率fri式中： k为多方指数，当k=1时，泡内气体为等温过程；当k=γ时，视为绝热过程. 式(6)中当两空化泡之间的距离L→∞时，即为单空化泡的共振频率.根据初始条件(k=1， 2， 3， 4)，求解式(5)，可得空化泡半径变化的解析解由ri可以求得任意时刻磨削液中空化泡i的振动响应. 式(7)与传统超声波作用下双空化泡的振动响应不同[11]，第一个方程是由超声波在磨削液中传播所引起的空化泡振动响应，这与文献[11]相同，而第二个方程是在超声珩磨特定的加工环境下，由珩磨压力，油石转速等因素引起的空化泡振动响应，第三个方程为油石的往复运动及超声波不同相位所引起的空化泡振动响应，第四个方程指不同相位以及不同谐振频率下的超声波引起的空化泡振动响应.超声振动珩磨加工过程中，初始参数的选择需要满足相应的工艺条件. 本文讨论的磨削液为煤油，其物理参数为：ρ=800 kg/m3，σ=0.024 N/m， k=1.4. 选择超声珩磨加工参数如下：珩磨直径d=150 mm，超声振幅A=10 μm，超声频率f=20 kHz，珩磨头转速n=80 r/min，往复速度va=0.05 m/s，珩磨压力为0.4 MPa，液体静压力为0.3 MPa，超声波声压幅值为1.2 MPa[14].磨削液中空化泡的非线性振动与其共振频率密切相关. 假设磨削液中空化泡分布均匀，两空化泡的初始半径Ri0 = Rj0=260 μm，对式(6)进行数值模拟，得到双空化泡的共振频率随气泡间距的变化如图 1 所示. 从图 1 可以看出，磨削液中不同间距空化泡的共振频率不同，随着气泡间距的增加，双空化泡的共振频率逐渐增加，并且随着两气泡间距的进一步增大，双空化泡的共振频率逐渐趋向于稳定. 通过图 1 可以计算出对于Ri0=260 μm的空化泡，当双空化泡共振频率fri = 20 kHz时，对应双空化泡的间距L=570 μm.为了揭示双空化泡间距对于空化泡振动位移的影响，对式(7)进行数值模拟，其中Ri0=Rj0= 260 μm， f=20 kHz. 图 2 表示的是不同气泡间距下磨削液中双空化泡位移随时间的变化，可以看出不同气泡间距下双空化泡的振动位移不同. 当L= 570 μm时，空化泡振动最为剧烈，而当气泡间距小于或者大于570 μm时，空化泡只是在其平衡位置小范围振动. 这主要是因为当双空化泡的间距为570 μm时，空化泡的共振频率为20 kHz，该频率与外界施加的超声频率相近，因此超声能量与空化泡振动达到有效的能量耦合，而改变双气泡间距时，对应的空化泡共振频率就会发生偏移，从而与外界施加的超声频率差距越来越大，也即空化泡与超声能量匹配越来越弱. 保持Ri0=Rj0= 260 μm， L=570 μm不变，改变外加施加超声频率，得到不同超声频率下双空化泡位移随时间的变化情况如图 3 所示. 由图 3 可以看出，当外界施加超声变化时，无论是升高或降低都会造成空化泡共振频率不匹配，从而使得空化泡振动变得更加微弱. 文献[15]指出液体介质的空化效果与液体中气泡含量及分布有关. 考虑到超声珩磨实际加工过程中，外界施加超声频率受限于超声振动系统的谐振频率，不易轻易调节，这时要想获得最佳的空化效果可以往磨削液中注入气泡，通过控制气泡的含量及分布，达到控制磨削液中气泡间距的目的，以便达到磨削液中空化泡能量的最佳耦合.本文从超声珩磨时双空化泡理论模型出发，通过建立双空化泡的共振频率方程和振动位移方程，对双空化泡的运动特性进行了分析. 与单空化泡不同，磨削液中双空化泡间距对其共振频率、振动位移影响明显；当双空化泡处于共振状态时，空化泡的共振频率与外界超声频率相匹配，此时双空化泡存在最佳气泡间距，该间距下空化泡振动剧烈，而在其它间距下空化泡振动微弱；对于初始半径相同的空化泡，改变外界施加频率也会造成空化泡振动的不匹配.【相关文献】[1]Zhu Xijing， Xu Hongjun， GaoYanxia, et al. A new technology of improving surface qu ality of engine cylinder [J].Key Engineering Materials， 2008， 359-360： 138-142. [2]Shao Yunpeng， Zhu Xijing， Wang Ailing， et al. Research on power ultrasonic vibrati on honing of sintered Nd-Fe-B [J].Advanced Materials Research， 2012， 472： 962-967.[3]Zhao Bo， Liu Chuanshao， Gao Guofu， et al. Surface characteristics in the ultrasonic ductile honing of ZrO2 ceramics using coarse grits [J]. Journal of Materials Processing Tec hnology， 2002， 123(1)： 54-60.[4]Liu Guodong， Zhu Xijing. Study on ultrasonic cavitation mechanism honing [J]. Advan ced Materials Research. 2011， 189： 4149-4153.[5]王献孚. 空化泡和超空化泡流动理论及应用 [M]. 北京：国防工业出版社， 2009.[6]Plesset M S. The dynamics of cavitation bubbles[J]. Journal of Applied mechnics, 1949, 16: 277-282.[7]Noltingk B E, Neppiras E A. Cavitation produced by ultrasonics[J]. Proceedings of the P hysical Society, 1950, 63(9): 674.[8]Zhu Xijing， Guo Ce， Wang Jianqing， et al. 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轴系异响是轴系出现故障的标志，轻微异响或导致较大噪声，若不进行处理，则会加剧其它零件的磨损，严重异响不仅会产生较大噪声，甚至影响轴系运转，导致安全事故。

某船为钢制双体船，采用双机双桨、双轴系、左右对称布置。

在进行航行试验时，轴系出现异常噪声。

本文对船舶航行时的轴系异响进行研究，排查致轴系异响故障的原因，对其进行分析，提出轴系噪声解决措施。

一、概述为保证船舶行驶安全及船员的休息，船舶噪声需要按照标准进行控制。

船舶噪声主要包括螺旋桨噪声、船体振动噪声、通风系统噪声、辅助机械噪声、液压冲击噪声、柴油机燃烧噪声、空气动力噪声、排气噪声、激励叶片振动噪声等。

按照途径主要分为三种：空气声，动力或辅助机械设备直接向空气中辐射噪声；结构声，机械的振动能量沿固体结构传播到船体各部位，然后再向外辐射；水下噪声，船体振动或螺旋桨扰动的向水下辐射。

轴系异响属于船舶噪声的一种，包括螺旋桨噪声和船体振动噪声等。

当轴系出现异响，需要及时排查原因，分析其对航行安全的影响，制定解决方案或改进措施。

1、螺旋桨噪声螺旋桨噪声主要包括旋转噪声和空气噪声（当桨叶表面的水分子压力降低到水的汽化压力时，产生气泡，气泡上升后破裂）。

旋转噪声是螺旋桨在不均匀流场中工作引起干扰力和螺旋浆机械不平衡引起的干扰力（轴频）所产生的噪声。

空气噪声具有连续谱的特征，其特性与桨叶形状、面积、叶距分布等因素又换。

在一定转速下，随着螺旋桨叶片旋转产生的涡旋的频率与桨叶固有频率相近时，产生螺旋桨鸣。

二、船体振动噪声船舶轴系在工作过程中，可能产生扭转振动、纵向振动和横向振动三种振动形式。

扭转振动是主机通过轴系传递功率至螺旋桨，造成各轴段间的扭转角度不相等，轴段来回摆动产生的；纵向振动主要是因螺旋桨推力不均匀造成的；横向振动主要是由于转轴不平衡引起的，包括各轴承径向支撑及其基座振动。

对于扭转振动而言，轻则引起较大噪声、加剧其它零件的磨损，重则可使曲轴折断，造成安全事故。