本书共9章。第1章为绪论，第2章介绍研究对象概况及基本假设，第3章为基础理论和方法，第4章论述基于流固耦合理论的流体-船舶动力学研究，第5章论述主机激励下轴系振动建模研究，第6章论述船体变形下轴系振动建模及耦合特性研究，第7章论述船舶轴系耦合振动研究，第8章论述船舶推进系统动态特性影响因素的仿真研究，第9章论述船舶轴系性能实验研究。
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“交通安全科学与技术学术著作丛书”序
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 船舶轴系的基本构成及作用 3
1.2.1 船舶推进系统 3
1.2.2 船舶轴系故障形式 5
1.3 船舶轴系性能提升与安全运行研究现状 6
1.3.1 基于流固耦合理论的流体-船舶动力学研究现状 6
1.3.2 主机激励下轴系振动研究现状 8
1.3.3 船体变形下轴系振动建模及耦合特性研究现状 9
1.3.4 船舶轴系耦合振动研究现状 10
参考文献 12
第2章 研究对象概况及基本假设 18
2.1 8530TEU集装箱船舶的基本概况 18
2.2 297000 DWT VLCC基本概况 20
2.3 船舶弹性体的基本假设 22
参考文献 23
第3章 基础理论和方法 25
3.1 集中质量及传递矩阵法 25
3.2 连续质量法 29
3.3 有限元法 37
3.4 变分法 40
3.5 船舶推进系统分析工具 43
参考文献 45
第4章 基于流固耦合理论的流体-船舶动力学研究 46
4.1 流体-船舶耦合动力学基本理论 46
4.1.1 波动方程问题描述 46
4.1.2 Dirichlet边界条件 47
4.1.3 Leap-Frog方法 50
4.2 流固耦合基础理论 51
4.2.1 流体模型 53
4.2.2船体模型 54
4.2.3 流体-船舶耦合作用 55
4.3 数值计算与模型验证 56
4.3.1 基本参数定义 56
4.3.2 流固耦合数值计算 56
4.3.3 计算结果分析 57
4.4 流体-船舶变形实验研究 60
4.4.1 流体实验介绍 60
4.4.2 实验结果分析 62
参考文献 63
第5章 主机激励下轴系振动建模研究 64
5.1 主机作用力 64
5.1.1 气缸内气体燃烧产生的作用力 64
5.1.2 主机内部运动部件惯性力及重力产生的作用力 67
5.1.3 主机激振力的合力 70
5.2 主机-推进轴系建模 70
5.2.1 Lagrange方程 71
5.2.2 主机-推进轴系系统运动微分方程 72
5.2.3 连续性与边界条件 75
5.2.4 主机-推进轴系耦合方程分析 77
5.3 主机作用下船舶轴系动力响应分析 80
参考文献 82
第6章 船体变形下轴系振动建模及耦合特性研究 83
6.1 船体-轴系系统子结构模型 83
6.1.1 支承轴承模型 83
6.1.2 主机模型 84
6.1.3 螺旋桨模型 85
6.1.4 船体变形模型 86
6.1.5 推进轴系模型 88
6.1.6 水域模型 89
6.1.7 水-船体的耦合条件 90
6.1.8 水-推进轴系的耦合条件 90
6.2 船体-轴系系统耦合变分方程 90
6.3 子结构模态函数 93
6.3.1 模态分析法及模态正交理论 93
6.3.2 推进轴系子结构及其模态函数 95
6.3.3 船体子结构及其模态函数 96
6.3.4 流体子结构及其模态函数 97
6.4 船体-轴系系统耦合建模 99
6.5 船体-轴系系统的动力学分析 101
6.5.1 船体-轴系系统的自由振动及轴系频率因子、变形因子 101
6.5.2 动力学响应 103
6.6 案例分析 104
6.6.1 船体梁与推进轴系梁的模态方程 105
6.6.2 水域的模态函数 106
6.6.3 量纲一的量化 108
6.6.4 自由振动分析 109
6.6.5 动力学响应分析 111
6.7 模型实验 113
6.7.1 实验基本参数 113
6.7.2 常规波浪浪频激励实验 114
6.7.3 爆炸波激励实验 123
参考文献 126
第7章 船舶轴系耦合振动研究 128
7.1 船舶轴系扭转-纵向耦合振动研究 128
7.1.1 船舶轴系扭转-纵向耦合振动建模分析 128
7.1.2 模型验证与数值计算 132
7.1.3 船体变形对推进轴系扭转-纵向耦合振动的影响 139
7.1.4 实验验证 144
7.2 船舶轴系扭转-横向耦合振动研究 155
7.2.1 船舶轴系扭转-横向耦合振动建模 155
7.2.2 模型验证与数值计算 157
7.2.3 船舶轴系扭转-横向耦合振动影响分析 163
7.3 船舶轴系横向-纵向耦合振动研究 168
7.3.1 船舶轴系横向-纵向耦合振动建模 168
7.3.2 模型验证与数值计算 172
7.3.3 船舶轴系横向-纵向耦合振动影响分析 184
参考文献 187
第8章 船舶推进系统动态特性影响因素的仿真研究 189
8.1 船舶推进系统基本参数及模型建立 189
8.1.1 船舶推进系统的基本参数 189
8.1.2 船舶推进系统多体动力学模型的建立 190
8.1.3 船舶推进系统模态频率的计算 193
8.2 船体变形对推进系统动态特性影响的仿真研究 195
8.2.1 船体变形的施加方式及基本参数 195
8.2.2 船体变形对推进系统扭转振动的影响 198
8.3 外部激励对推进系统动态特性影响的仿真研究 204
8.3.1 外部激励的施加方式及基本参数 204
8.3.2 外部激励对推进系统扭转振动的影响 206
8.4 油膜约束对推进系统动态特性影响的仿真研究 209
8.5 油膜约束对推进系统轴心轨迹的影响 210
参考文献 211
第9章 船舶轴系性能实验研究 213
9.1 船舶推进轴系实验室实验系统设计与研制 213
9.1.1 船舶轴系性能综合实验台设计与研制 213
9.1.2 船舶轴系动态特性实验台设计与研制 219
9.1.3 液压加载系统 220
9.1.4 轴系测试系统 223
9.1.5 轴系振动测量原理及信号采集 225
9.2 船舶轴系动态特性理论分析模型 231
9.2.1 实验台轴系建模 231
9.2.2 理论模型与数值模型的对比 233
9.3 船舶轴系复杂激励下的多向振动实验研究 234
9.3.1 实验测试工况介绍 236
9.3.2 功率谱分析 237
9.3.3 时域结果分析 240
9.4 船舶轴系动态特性实验研究 242
9.4.1 船体变形激励幅值对轴系振动特性的影响 243
9.4.2 船体变形激励频率对轴系振动特性的影响 244
9.4.3 船体变形激励方向对轴系振动特性的影响 246
9.4.4 转速对轴系振动特性的影响 247
9.5 船舶推进轴系实船实验研究 248
9.5.1 实船实验设计 248
9.5.2 实船实验结果分析 251
参考文献 255
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