iron_pigeon_vqs
New Member
Download miễn phí Phân tích dao động hệ trục chính tàu thủy bằng phương pháp phần tử hữu hạn
Dao động ngang trục chân vịt tàu thuỷgây ra
bởi lực quán tính không cân bằng trên đường
trục, trọng tâm hệtrục không nằm trên đường
tâm quay của hệtrục. Đểtính dao động ngang
của đường trục chân vịt, ta mô hình hoá đường
trục thành một dầm bịngàm tại mặt bích nối
trục chân vịt với máy chính, các gối tại các gối
đỡtrục chân vịt (hình 5)
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG HỆ TRỤC CHÍNH TÀU THỦYBẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN *
VIBRATION ANALYSIS OF PROPULSION SYSTEM OF SHIP BY
FINITE ELEMENT METHOD
Trần Văn Tạo†, Lê Đình Tuân, Lê Hoàng Chân
Khoa Kỹ thuật Giao thông, Đại học Bách khoa Tp.HCM, Việt Nam
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
TÓM TẮT
Bài báo liên quan đến việc nghiên cứu về dao động của hệ thống động lực tàu thuỷ, bao gồm dao động
xoắn, dao động dọc và dao động ngang, trong đó dao động xoắn thường được quan tâm. Việc tính toán
dao động hệ động lực tàu thuỷ được thực hiện nhờ vào các mô hình qui đổi từ hệ động lực thực sang
hệ tương đương. Ở đây, phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp tính xuyên suốt được áp dụng
cho tất cả các bài toán đề cập trên. Kết quả tính được trình bày thông qua việc tính dao động cho hệ
thống động lực tàu kéo công suất 350HP.
Từ khóa: dao động hệ động lực tàu thủy, rung động tàu
ABSTRACT
This paper involves to analyzing the vibration of propulsion system of ship. It includes three type of
vibration as longitudinal vibration, tranversal vibration and torsional vibration. Among of them,
torsional vibration is considered most important. Analyzing vibration of propulsion system often carry
out in the modeling system. The numerical method is used to solve in this paper is finite element
method. The result of this paper verifies this method with the ship of 350HP.
Keywords: vibration of propulsion system of ship, ship vibration
* Nghiên cứu này trình bày các kết quả của đề tài cấp trường 2004, theo hợp đồng số 39/ĐHBK/KHCN&QHQT.
† E-mail liên lạc: [email protected]
1. TỔNG QUAN VỀ HỆ TRỤC CHÍNH
TÀU THUỶ
Hệ trục tàu thuỷ có nhiệm vụ truyền momen
xoắn từ động cơ đến chân vịt tàu thuỷ và nhận
lực đẩy từ chân vịt truyền lại cho vỏ tàu làm
cho tàu tiến hay lùi. Hệ trục tàu thuỷ gồm
nhiều đoạn trục nối liền nhau và được đặt trên
một đường thẳng. Tùy thuộc vào công dụng và
chức năng của từng loại tàu mà tàu có thể có
một hay nhiều đường trục.
Hệ trục làm việc trong điều kiện rất phức tạp,
một đầu hệ trục nối với máy chính, chịu tác
động trực tiếp của momen xoắn từ máy chính,
đầu kia mang chân vịt, chịu tác động trực tiếp
momen cản của chân vịt trong nước. Ngoài ra
hệ trục còn chịu tác động bởi lực đẩy của chân
vịt, chịu tác dụng của trọng lượng bản thân
trục…Vì vậy việc xác định chế độ làm việc
của trục là việc làm quan trọng và cần thiết.
Sau đây là sơ đồ hệ trục một đường trục:
Hình 1: Hệ trục tàu thủy
Ñoäng cô
DieselHeä truïc
Heä
truïc
2. DAO ĐỘNG HỆ TRỤC TÀU THỦY
Các dạng dao động chính của hệ trục tàu thuỷ:
dao động dọc, dao động ngang và dao động
xoắn. Ta lần lượt xét đến từng trường hợp dao
động và ảnh hưởng của nó đến hệ trục tàu
thuỷ.
2.1. Dao động dọc
Chân vịt tàu quay trong nước tạo ra lực đẩy
giúp tàu hoạt động, lực đẩy do chân vịt tạo ra
tác dụng lên trục làm cho hệ trục mất ổn định
dọc. Khi lực dọc trục vượt quá giới hạn cho
phép (đạt trạng thái tới hạn) sẽ làm cho trục bị
cong, do đó khi thiết kế hệ trục tàu thuỷ người
ta phải chú ý đến vấn đề này. Trong thực tế
vấn đề hư hỏng hệ trục do lực dọc trục rất ít
khi xảy ra.
2.2. Dao động ngang
Hệ trục tàu thuỷ có thể xem là một dầm liên
tục có nhiều gối đỡ, với số vòng quay nhất
định nào đó trên trục xuất hiện hiện tượng
nhảy không ổn định. Nguyên nhân của hiện
tượng trên là do trục di động trong phạm vi
khe hở của gối trục, và do trọng tâm của trục
không trùng với tâm quay. Vận hành trục trong
tình hình đó sẽ làm cho trục bị hư hỏng sớm,
gối trục bị mòn và gây ra rung động cho vỏ
tàu. Vòng quay làm cho trục bị hiện tượng trên
gọi là vòng quay tới hạn.
2.3. Dao động xoắn
Dao động xoắn là dạng dao động được chú ý
nhất. Trong quá trình khai thác, hiện tượng gãy
trục tàu thuỷ do dao động xoắn không phải là
ít, dao động xoắn làm cho trục chịu một ngoại
lực rất lớn có tính chu kỳ dẫn đến hiện tượng
mỏi của vật liệu và trục bị phá hoại.
Momen gây nên dao động xoắn của hệ trục
chân vịt tàu thuỷ gồm các thành phần sau:
momen do áp suất khí cháy trong động cơ,
momen do lực quán tính tịnh tiến của cơ cấu
pittong-thanh truyền và momen do chân vịt tạo
ra.
Do tầm quan trọng của dao động xoắn được
đặc biệt quan tâm nên bài báo sẽ tập trung
phần nhiều vào vấn đề này.
Để tính dao động xoắn hệ trục ta phải tiến
hành theo các bước: Xác định chiều dài và
khối lượng tương đương, xác định lực cưỡng
bức, xác định lực cản, giải bài toán dao động
xoắn.
3. MÔ HÌNH HOÁ HỆ TRỤC TÀU THUỶ
3.1. Dao động xoắn
Để tính được dao động xoắn, hệ trục thực phải
được thay thế thành hệ đàn hồi đơn giản gồm
một trục hình trụ và nhiều đĩa tròn gắn lên trục
này. Hệ qui dẫn này phải đảm bảo các điều
kiện sau:
Ứng với bất kỳ tần số nào góc xoắn của trục
thực phải trùng với góc xoắn của trục tương
đương.
Momen quán tính của khối lượng tương đương
phải bằng momen quán tính của khối lượng
thực.
Vậy hệ trục thực qui đổi là một hệ thống gồm
trục đàn hồi lý tưởng không trọng lượng nhưng
có độ cứng tương đương trục thật và các khối
lượng đặt tại các vị trí nhất định (Hình 2).
3.1.1. Xác định chiều dài tương đương
Khi tính chiều dài tương đương để thay thế các
đoạn trục thực, phải đảm bảo cân bằng về thế
năng của trục khi chịu cùng một moment xoắn.
Điều đó có nghĩa là độ cứng chống xoắn của
các đoạn trục tương đương phải bằng độ cứng
chống xoắn của trục thực.
Theo lý thuyết sức bền vật liệu, góc biến dạng
xoắn của trục tỉ lệ nghịch với hệ số đàn hồi của
vật liệu và moment quán tính của tiết diện trục
tỉ lệ thuận với chiều dài của trục và moment
xoắn. Như thế nghĩa là:
pJG
lM
.
.=ϕ [rad] (1)
Chân vịt Bánh đà Hệ thống xylanh-piston
Hình 2: Hệ trục thực tàu thuỷ và hệ qui đổi
cho việc tính dao động xoắn
Từ (1) ta có độ cứng xoắn của trục:
l
JGMc p
.== ϕ [MN m/rad] (2)
Trong đó:
M - moment xoắn, [MNm]
G - hệ số đàn hồi của vật liệu
l - chiều dài trục, [m]
j - góc xoắn, [rad]
c - độ cứng chống xoắn của trục,
Jp - moment quán tính độc cực, [m4]
Từ (2) nhận thấy rằng: độ cứng chống xoắn
đứng về trị số mà nói là moment xoắn tác dụng
khiến trục biến dạng một góc bằng 1 rad.
3.1.2. Tính khối lượng tương đương
Để có thể tính được khối lượng tương đương
cần biết các khối lượng thực và moment
quán tính của chúng. Các khối lượng thực
được thay bằng những đĩa tròn có cùng
moment quán tính và đặt các đĩa tròn này lên
những vị trí nhất định trên trục tương đương.
Vì vậy, việc tính khối lượng tương đương thực
ra là tính moment quán tính của các đĩa tương
đương.
Các chi tiết có dạng phức tạp được phân ra
thành nhiều phần đơn giản, tìm moment quán
tính của từng phần đơn giản ấy đối với tr...