[发明专利]一种船舶螺旋桨转轴疲劳寿命的分析方法

权利要求书

1.一种船舶螺旋桨转轴疲劳寿命的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于流体动力学建立船舶螺旋桨转轴的负载推力函数和负载扭矩函数，所述负载推力函数反应所述船舶螺旋桨转轴受到的负载推力与不同时刻下的船舶运行速度以及转轴转速的关系，所述负载扭矩函数反应所述船舶螺旋桨转轴受到的负载扭矩和不同时刻下的船舶运行速度以及转轴转速的关系；

基于范式屈服准则建立转轴上一点的关于负载推力函数和负载扭矩函数的范式等效应力函数；

针对所述船舶螺旋桨转轴建立仿真环境并在不同的工况参数下进行仿真试验得到对应的实验结果，所述不同的工况参数包括不同的船舶运行速度和不同转轴转速，所述实验结果包括在对应的工况下所述船舶螺旋桨转轴受到的负载推力与负载扭矩；利用各个工况参数及对应的实验结果拟合得到所述负载推力函数、负载扭矩函数以及范式等效应力函数中的待定系数；

采集装配有所述船舶螺旋桨转轴的船舶在实际运行中的船舶运行速度变化曲线和转轴转速变化曲线，并通过拟合得到的所述范式等效应力函数得到对应的范式等效应力曲线，根据所述船舶螺旋桨转轴的S-N曲线以及所述范式等效应力曲线得到转轴使用时间极限值；

所述负载推力函数的表达式为：

其中，F(t)表示在t时刻下转轴受到的负载推力，a_(i,j)表示第一子待定系数，v(t)、r(t)分别表示在t时刻下船舶运行速度和在t时刻下转轴转速，i、j为参数；

所述负载扭矩函数的表达式为：

其中，M(t)表示在t时刻下转轴受到的负载扭矩，a_(u,v)分别表示第二子待定系数，v(t)、r(t)分别表示在t时刻下船舶运行速度和在t时刻下转轴转速，u、v为参数；

所述范式等效应力函数的表达式为：

其中，s(t)表示在t时刻下转轴上一点的范式等效应力，F(t)表示在t时刻下转轴受到的负载推力，M(t)表示在t时刻下转轴受到的负载扭矩，C₁、C₂、C₃分别表示第一主待定系数、第二主待定系数和第三主待定系数。

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述基于范式屈服准则建立转轴上一点的关于负载推力函数和负载扭矩函数的范式等效应力函数，包括：

以转轴的轴向方向为z轴，通过空间直角坐标系的右手定则建立所述船舶螺旋桨转轴的xyz轴，构建xyz轴的正应力与负载推力函数之间的关系，并构建xy、yz、xz平面上的切应力与负载扭矩函数之间的关系；

将xyz轴的正应力和xy、yz、xz平面上的切应力代入范式屈服准则中得到所述范式等效应力函数，所述范式屈服准则的表达式为：

其中，s(t)表示在t时刻下转轴上一点的范式等效应力，s_x(t)、s_y(t)、s_z(t)分别表示在t时刻下转轴在x、y、z轴的正应力，τ_xy(t)、τ_yz(t)、τ_xz(t)分别表示在t时刻下转轴在xy、yz、xz平面上的切应力。

3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述xyz轴的正应力的计算公式为：

s_x(t)＝0

s_y(t)＝0

s_z(t)＝C₁F(t)；

所述xy、yz、xz平面上的切应力的计算公式为：

τ_xy(t)＝0

τ_yz(t)＝C₂M(t)

τ_xz(t)＝C₃M(t)。