ANSYS在船舶轴系校中上的应用

季晨龙

摘 要：对于船舶而言，航行的安全性和稳定性尤为重要，而轴系校中是确保船舶稳定运行的重要环节之一。基于此点，阐述了对船舶轴系校中的必要性，并在基础上研究了ANSYS在船舶轴系校中上的具体应用，以期能够对提高船舶轴系校中质量有所帮助。

关键词：船舶；ANSYS；轴系校中；质量

中图分类号：U664.21 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）11-0065-02

1 对船舶轴系校中的必要性

船舶轴系校中要按照一定要求和方法，将需要校中的轴系敷设成为某种状态，使其全部轴承上的负荷和各个轴段内的应力均在允许范围之内，借此来使其达到最佳数值，从而确保轴系正常运转。如果船舶轴系校中不良，则会产生诸多危害，具体体现在以下几个方面：①增大螺旋桨轴承负荷，特别在轴承后端会出现过大局部负荷，加快轴承的磨损速度，进而造成轴承损坏；②减小前尾管轴承负荷，以产生非正负荷，促使轴承间距发生较大变化，在降低轴系回旋振动固有频率的作用下，极有可能出现回旋振动共振转速；③破坏前尾管轴承密封装置，磨损中间轴轴承，尤其是柴油机后1～3个主轴承有可能遭到损坏；④齿轮箱前轴承与后轴承的负荷差值增大，对建立油膜产生负面影响，造成齿轮啮合不良，严重情况下，还会产生轴承合金烧熔、推力轴承和推力块发热、齿击振动等，进而导致船体尾部振动。基于上述原因，有必要对船舶轴系进行校中，特别是对超大型船舶，为了确保其正常稳定运转，必须采取科学的计算方法进行校中，避免因轴系校中不良造成严重后果。

2 ANSYS在船舶轴系校中上的具体应用研究

2.1 ANSYS的基本假设

采用ANSYS法对船舶轴系进行校中时，在具体编程前，需要对船舶轴系进行假设，以满足ANSYS的计算要求，需要进行假设以下几点内容：①连续性。一般情况下，固体物质的颗粒间会存在一定的空隙，所以其不具备连续性的特征，但这种空隙相对比较微小，所以可忽略不计，因此，假定固体连续存在于整个体积当中。②均匀性。假定固体内所有点位处的力学特性全部相同。③各向同性。假定固体在任何方向上的力学性能均相同。④小变形。假定物体的尺寸与其自身变形相比较大，在这一基础上，可将加力点在物体变形前后的位置忽略不计。⑤弯曲弹性。假设材料具备绝对弹性。⑥线性相关性。假定船舶轴系材料符合胡克定律的要求，也就是说载荷与变形这两者之间成比例关系。

通过上述假设，可将系统确定为线性系统，这样在解决力学问题时，便可利用叠加的原理。

2.2 建立坐标系

在ANSYS轴系校中的计算过程中，可以采用与传递矩阵相同的坐标系，具体如下：将坐标原点确定为轴系螺旋桨末端，x轴为中心线，方向指向船艏且为正向；z轴正向为过原点垂直x轴向上，按照右手法则的相关理论，y轴的方向为垂直纸面向内。P和q分别代表集中和均布载荷；Zb表示轴承变位；θ代表轴截面转角；Q代表轴截面建立；M表示弯矩；m代表外加力偶；R代表轴承支反力，均取图1中各量的方向为正，轴承位移向上为负、向下为正。

2.3 ANSYS刚度矩阵

当获得轴系当中各个单元的刚度矩阵后，便可根据一定的规律，将这些矩阵合并成总体刚度矩阵，再将其带入到预先给定的约束条件中，便可以进行校中计算。

2.4 轴系校中计算过程简化

因为船舶轴系各轴段的直径不同，所以在计算时应当将其视为变截面梁，根据具体情况分为刚性支承和弹性支承。轴系校中的简化方法有以下几种：①处理轴系自重。以均布载荷的方式加载船舶轴系各主要组成部分的自重，对尾轴自重计算时还需考虑水或油的浮力。②处理载荷。以均布载荷的方式加载连接法兰、减速齿轮箱大齿轮、推力盘、螺旋桨、飞轮等与相应轴段等轴径的部分，除此之外的部分要以集中载荷的方式进行加载。③曲轴等部件的处理。依据ANSYS计算，可以取曲轴轴颈直径的60%作为圆棒直径，如果主机制造厂商给出等效直径，也可在计算过程中直接采用，这样能够进一步简化计算步骤。④轴承质点选择。通常情况下，船舶推进轴系当中的长径比均≤1.0，在对这类轴系进行静动态校中计算时，可将支点选在轴承上。动态校中时，螺旋桨的重力会对轴系产生一定程度的影响，这部分影响可将水动力产生的弯矩和力互相抵消。所以，在动态条件下，可将支点的初选位置向前移动，而其他轴承支点的位置则可以取轴承中点。3 结束语

综上所述，对于船舶而言，轴系校中是一项较为重要的工作，为了确保校中质量，可在具体校中过程中合理运用ANSYS。本文重点对ANSYS在船舶轴系校中上的应用进行了论述，并提出了校中时简化计算的方法。结果表明，通过ANSYS能够对船舶轴系进行准确校中，有助于船舶轴系校中质量的提高。

参考文献

[1]李世其，杨金中，刘世平.改进遗传算法在船舶轴系动态优化校中上的应用[J].中国水运（下半月），2012（01）.

[2]周瑞平，张升平，杨建国.三弯矩方程的改进及在船舶轴系动态校中中的应用[J].船舶工程，2003（01）.

〔编辑：李珏〕

摘 要：对于船舶而言，航行的安全性和稳定性尤为重要，而轴系校中是确保船舶稳定运行的重要环节之一。基于此点，阐述了对船舶轴系校中的必要性，并在基础上研究了ANSYS在船舶轴系校中上的具体应用，以期能够对提高船舶轴系校中质量有所帮助。

关键词：船舶；ANSYS；轴系校中；质量

中图分类号：U664.21 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）11-0065-02

1 对船舶轴系校中的必要性

船舶轴系校中要按照一定要求和方法，将需要校中的轴系敷设成为某种状态，使其全部轴承上的负荷和各个轴段内的应力均在允许范围之内，借此来使其达到最佳数值，从而确保轴系正常运转。如果船舶轴系校中不良，则会产生诸多危害，具体体现在以下几个方面：①增大螺旋桨轴承负荷，特别在轴承后端会出现过大局部负荷，加快轴承的磨损速度，进而造成轴承损坏；②减小前尾管轴承负荷，以产生非正负荷，促使轴承间距发生较大变化，在降低轴系回旋振动固有频率的作用下，极有可能出现回旋振动共振转速；③破坏前尾管轴承密封装置，磨损中间轴轴承，尤其是柴油机后1～3个主轴承有可能遭到损坏；④齿轮箱前轴承与后轴承的负荷差值增大，对建立油膜产生负面影响，造成齿轮啮合不良，严重情况下，还会产生轴承合金烧熔、推力轴承和推力块发热、齿击振动等，进而导致船体尾部振动。基于上述原因，有必要对船舶轴系进行校中，特别是对超大型船舶，为了确保其正常稳定运转，必须采取科学的计算方法进行校中，避免因轴系校中不良造成严重后果。

2 ANSYS在船舶轴系校中上的具体应用研究

2.1 ANSYS的基本假设

采用ANSYS法对船舶轴系进行校中时，在具体编程前，需要对船舶轴系进行假设，以满足ANSYS的计算要求，需要进行假设以下几点内容：①连续性。一般情况下，固体物质的颗粒间会存在一定的空隙，所以其不具备连续性的特征，但这种空隙相对比较微小，所以可忽略不计，因此，假定固体连续存在于整个体积当中。②均匀性。假定固体内所有点位处的力学特性全部相同。③各向同性。假定固体在任何方向上的力学性能均相同。④小变形。假定物体的尺寸与其自身变形相比较大，在这一基础上，可将加力点在物体变形前后的位置忽略不计。⑤弯曲弹性。假设材料具备绝对弹性。⑥线性相关性。假定船舶轴系材料符合胡克定律的要求，也就是说载荷与变形这两者之间成比例关系。

通过上述假设，可将系统确定为线性系统，这样在解决力学问题时，便可利用叠加的原理。

2.2 建立坐标系

在ANSYS轴系校中的计算过程中，可以采用与传递矩阵相同的坐标系，具体如下：将坐标原点确定为轴系螺旋桨末端，x轴为中心线，方向指向船艏且为正向；z轴正向为过原点垂直x轴向上，按照右手法则的相关理论，y轴的方向为垂直纸面向内。P和q分别代表集中和均布载荷；Zb表示轴承变位；θ代表轴截面转角；Q代表轴截面建立；M表示弯矩；m代表外加力偶；R代表轴承支反力，均取图1中各量的方向为正，轴承位移向上为负、向下为正。

2.3 ANSYS刚度矩阵

当获得轴系当中各个单元的刚度矩阵后，便可根据一定的规律，将这些矩阵合并成总体刚度矩阵，再将其带入到预先给定的约束条件中，便可以进行校中计算。

2.4 轴系校中计算过程简化

因为船舶轴系各轴段的直径不同，所以在计算时应当将其视为变截面梁，根据具体情况分为刚性支承和弹性支承。轴系校中的简化方法有以下几种：①处理轴系自重。以均布载荷的方式加载船舶轴系各主要组成部分的自重，对尾轴自重计算时还需考虑水或油的浮力。②处理载荷。以均布载荷的方式加载连接法兰、减速齿轮箱大齿轮、推力盘、螺旋桨、飞轮等与相应轴段等轴径的部分，除此之外的部分要以集中载荷的方式进行加载。③曲轴等部件的处理。依据ANSYS计算，可以取曲轴轴颈直径的60%作为圆棒直径，如果主机制造厂商给出等效直径，也可在计算过程中直接采用，这样能够进一步简化计算步骤。④轴承质点选择。通常情况下，船舶推进轴系当中的长径比均≤1.0，在对这类轴系进行静动态校中计算时，可将支点选在轴承上。动态校中时，螺旋桨的重力会对轴系产生一定程度的影响，这部分影响可将水动力产生的弯矩和力互相抵消。所以，在动态条件下，可将支点的初选位置向前移动，而其他轴承支点的位置则可以取轴承中点。3 结束语

综上所述，对于船舶而言，轴系校中是一项较为重要的工作，为了确保校中质量，可在具体校中过程中合理运用ANSYS。本文重点对ANSYS在船舶轴系校中上的应用进行了论述，并提出了校中时简化计算的方法。结果表明，通过ANSYS能够对船舶轴系进行准确校中，有助于船舶轴系校中质量的提高。

参考文献

[1]李世其，杨金中，刘世平.改进遗传算法在船舶轴系动态优化校中上的应用[J].中国水运（下半月），2012（01）.

[2]周瑞平，张升平，杨建国.三弯矩方程的改进及在船舶轴系动态校中中的应用[J].船舶工程，2003（01）.

〔编辑：李珏〕

摘 要：对于船舶而言，航行的安全性和稳定性尤为重要，而轴系校中是确保船舶稳定运行的重要环节之一。基于此点，阐述了对船舶轴系校中的必要性，并在基础上研究了ANSYS在船舶轴系校中上的具体应用，以期能够对提高船舶轴系校中质量有所帮助。

关键词：船舶；ANSYS；轴系校中；质量

中图分类号：U664.21 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）11-0065-02

1 对船舶轴系校中的必要性

船舶轴系校中要按照一定要求和方法，将需要校中的轴系敷设成为某种状态，使其全部轴承上的负荷和各个轴段内的应力均在允许范围之内，借此来使其达到最佳数值，从而确保轴系正常运转。如果船舶轴系校中不良，则会产生诸多危害，具体体现在以下几个方面：①增大螺旋桨轴承负荷，特别在轴承后端会出现过大局部负荷，加快轴承的磨损速度，进而造成轴承损坏；②减小前尾管轴承负荷，以产生非正负荷，促使轴承间距发生较大变化，在降低轴系回旋振动固有频率的作用下，极有可能出现回旋振动共振转速；③破坏前尾管轴承密封装置，磨损中间轴轴承，尤其是柴油机后1～3个主轴承有可能遭到损坏；④齿轮箱前轴承与后轴承的负荷差值增大，对建立油膜产生负面影响，造成齿轮啮合不良，严重情况下，还会产生轴承合金烧熔、推力轴承和推力块发热、齿击振动等，进而导致船体尾部振动。基于上述原因，有必要对船舶轴系进行校中，特别是对超大型船舶，为了确保其正常稳定运转，必须采取科学的计算方法进行校中，避免因轴系校中不良造成严重后果。

2 ANSYS在船舶轴系校中上的具体应用研究

2.1 ANSYS的基本假设

采用ANSYS法对船舶轴系进行校中时，在具体编程前，需要对船舶轴系进行假设，以满足ANSYS的计算要求，需要进行假设以下几点内容：①连续性。一般情况下，固体物质的颗粒间会存在一定的空隙，所以其不具备连续性的特征，但这种空隙相对比较微小，所以可忽略不计，因此，假定固体连续存在于整个体积当中。②均匀性。假定固体内所有点位处的力学特性全部相同。③各向同性。假定固体在任何方向上的力学性能均相同。④小变形。假定物体的尺寸与其自身变形相比较大，在这一基础上，可将加力点在物体变形前后的位置忽略不计。⑤弯曲弹性。假设材料具备绝对弹性。⑥线性相关性。假定船舶轴系材料符合胡克定律的要求，也就是说载荷与变形这两者之间成比例关系。

通过上述假设，可将系统确定为线性系统，这样在解决力学问题时，便可利用叠加的原理。

2.2 建立坐标系

在ANSYS轴系校中的计算过程中，可以采用与传递矩阵相同的坐标系，具体如下：将坐标原点确定为轴系螺旋桨末端，x轴为中心线，方向指向船艏且为正向；z轴正向为过原点垂直x轴向上，按照右手法则的相关理论，y轴的方向为垂直纸面向内。P和q分别代表集中和均布载荷；Zb表示轴承变位；θ代表轴截面转角；Q代表轴截面建立；M表示弯矩；m代表外加力偶；R代表轴承支反力，均取图1中各量的方向为正，轴承位移向上为负、向下为正。

2.3 ANSYS刚度矩阵

当获得轴系当中各个单元的刚度矩阵后，便可根据一定的规律，将这些矩阵合并成总体刚度矩阵，再将其带入到预先给定的约束条件中，便可以进行校中计算。

2.4 轴系校中计算过程简化

因为船舶轴系各轴段的直径不同，所以在计算时应当将其视为变截面梁，根据具体情况分为刚性支承和弹性支承。轴系校中的简化方法有以下几种：①处理轴系自重。以均布载荷的方式加载船舶轴系各主要组成部分的自重，对尾轴自重计算时还需考虑水或油的浮力。②处理载荷。以均布载荷的方式加载连接法兰、减速齿轮箱大齿轮、推力盘、螺旋桨、飞轮等与相应轴段等轴径的部分，除此之外的部分要以集中载荷的方式进行加载。③曲轴等部件的处理。依据ANSYS计算，可以取曲轴轴颈直径的60%作为圆棒直径，如果主机制造厂商给出等效直径，也可在计算过程中直接采用，这样能够进一步简化计算步骤。④轴承质点选择。通常情况下，船舶推进轴系当中的长径比均≤1.0，在对这类轴系进行静动态校中计算时，可将支点选在轴承上。动态校中时，螺旋桨的重力会对轴系产生一定程度的影响，这部分影响可将水动力产生的弯矩和力互相抵消。所以，在动态条件下，可将支点的初选位置向前移动，而其他轴承支点的位置则可以取轴承中点。3 结束语

综上所述，对于船舶而言，轴系校中是一项较为重要的工作，为了确保校中质量，可在具体校中过程中合理运用ANSYS。本文重点对ANSYS在船舶轴系校中上的应用进行了论述，并提出了校中时简化计算的方法。结果表明，通过ANSYS能够对船舶轴系进行准确校中，有助于船舶轴系校中质量的提高。

参考文献

[1]李世其，杨金中，刘世平.改进遗传算法在船舶轴系动态优化校中上的应用[J].中国水运（下半月），2012（01）.

[2]周瑞平，张升平，杨建国.三弯矩方程的改进及在船舶轴系动态校中中的应用[J].船舶工程，2003（01）.

〔编辑：李珏〕