[发明专利]一种船舶螺旋桨转轴疲劳寿命的分析方法

说明书

本发明公开了一种船舶螺旋桨转轴疲劳寿命的分析方法，涉及船舶螺旋桨转轴领域，包括：建立船舶螺旋桨转轴的负载推力函数和负载扭矩函数；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；利用各个工况参数及对应的实验结果拟合得到负载推力函数、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，并通过拟合得到的范式等效应力函数得到对应的范式等效应力曲线，根据S‑N曲线以及范式等效应力曲线得到转轴使用时间极限值，将多种工况下负载进行处理并结合疲劳耐久理论以及实际的船舶运行状态数据得到疲劳寿命数据。

技术领域

本发明涉及船舶螺旋桨转轴领域，尤其是一种船舶螺旋桨转轴疲劳寿命的分析方法。

背景技术

船舶螺旋桨转轴是船舶动力的推进系统，船舶螺旋桨通常包括转轴和安装在转轴上的螺旋桨，当船舶在水中运行时，转轴旋转从而驱动螺旋桨也进行相应的旋转，螺旋桨在旋转过程中对水流产生作用力，同时水流也会给到螺旋桨反作用力达到推进船舶行进的目的。

由于螺旋桨在旋转过程中与水流的相互作用，主要会在螺旋桨上产生两种力，一种是螺旋桨自身旋转所产生的推进力，另一种是螺旋桨在推进过程中水流对其产生的阻力，这两种力表现在转轴上为一个轴向的推力以及一个轴向的正反扭矩，拉应力和正反扭矩会影响转轴的疲劳寿命，目前传统的研究方法是通过实验，模拟转轴在实际运行过程中的状态，进而计算得到转轴的疲劳寿命，但这种方法由于工作量大，持续时间长，同时会破坏转轴的固有状态，且由于设备的限制，不能很好的系统性的研究转轴的寿命。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种船舶螺旋桨转轴疲劳寿命的分析方法，本发明的技术方案如下：

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。

其进一步的技术方案为，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。

其进一步的技术方案为，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。

其进一步的技术方案为，所述范式等效应力函数的表达式为：