船用减速齿轮装置冲击动力学仿真（本科毕业论文设计）.doc
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船用减速齿轮装置冲击动力学仿真（本科毕业论文设计）,摘要舰船在服役期间不可避免地要遭受水下冲击载荷，若舰船设备的抗冲击性能较差，就会大大影响舰船的生命力，因此近年来对舰船设备抗冲击能力的研究越来越多。本文针对舰船动力传递装置中的重要设备——船用减速齿轮装置，采用i-deas分析软件进行了抗冲击动力学仿真，得到了冲击载荷作...
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船用减速齿轮装置冲击动力学仿真（本科毕业论文设计）
摘 要
舰船在服役期间不可避免地要遭受水下冲击载荷，若舰船设备的抗冲击性能较差，就会大大影响舰船的生命力，因此近年来对舰船设备抗冲击能力的研究越来越多。本文针对舰船动力传递装置中的重要设备——船用减速齿轮装置，采用I-DEAS分析软件进行了抗冲击动力学仿真，得到了冲击载荷作用下齿轮装置的速度、加速度、应力变化曲线以及动态应力云图。仿真分析结果对高抗冲击性能减速齿轮装置的设计具有一定的理论意义和工程实用价值。
论文的主要研究工作如下：
(1) 对减速齿轮装置的主要零部件进行三维实体造型，通过整机实体装配及机构运动学仿真，检验实体模型的准确性。
(2) 建立减速齿轮装置的模态分析模型，通过有限元模态分析，求出齿轮装置的低阶固有频率和固有振型，以及各冲击方向的约束模态、附加模态和有效质量模态。
(3) 建立减速齿轮装置的箱体静态有限元分析模型，通过有限元静力分析，得出齿轮箱额定工况下的位移场和应力场。
(4) 建立减速齿轮装置冲击动态响应分析模型，用冲击脉冲模拟加速度冲击激励，分析得出船用减速齿轮装置上各点的速度、加速度及动态应力。
(5) 通过对减速齿轮装置静态应力及动态应力分析，判定船用减速齿轮装置的抗冲击性能。
关键词： 减速齿轮装置，冲击载荷，动态响应，有限元法
ABSTRACT
It is almost unavoidable for a ship to subject to underwater shock loading during its service time. And it would be affecting the ship’s vitality if the shock resistance is weak, so more and more research is focus on the ship’s shock resistance recently. This thesis aim at the important power transmission equipment—marine gear reducer, and the software of I-DEAS is used to carry out the dynamic simulation of the marine gear reducer, then the time histories of acceleration, velocity and stress under the shock loading are obtained. The simulate results are valuable for design a high shock resistance marine gear reducer.
The main work presented in this thesis can be summarized as follows:
(1) The 3D solid model of main parts and the assembly model of gear reducer are created, and then the mechanism simulation is used to check out the correctness of the model of marine gear reducer.
(2) The mode analysis model of gear reducer is built up, and the low order of natural frequency and normal mode, as well as the constraint mode, attachment mode and effective mass mode at shock direction are obtained by finite element model analysis.
(3) Establish the static finite element analysis model of the gear reducer, obtain the displacement and stress at rated condition of the gear reducer through finite element static analysis.
(4) Build the dynamic response analysis mode of the gear reducer, using shock pulse to simulate the acceleration excitation, and obtain the acceleration, velocity and dynamic stress of the gear reducer.
(5) Analyze the static stress and dynamic stress synthetically, and figure out the shock resistance of the marine gear reducer.
Key words：marine gear reducer, shock load, dynamic response, finite element method
目 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1 引言 1
1.2 冲击形式及分析 2
1.3 水下爆炸对舰船结构冲击的研究现状 3
1.3.1 国外的研究现状 3
1.3.2 国内的研究现状 4
1.4 本论文的主要任务及内容 6
2 I-DEAS 响应分析的基本理论 7
2.1 I-DEAS响应分析过程概述 7
2.1.1 物理模型 7
2.1.2 数学模型 7
2.1.3 载荷条件 7
2.1.4 事件 8
2.1.5 响应分析 8
2.2 动力问题有限元方法简介 8
2.3 振型叠加法 9
2.3.1 正则模态和动力学运动方程 9
2.3.2 约束模态和强迫运动激励 10
2.3.3 模态加速度法 10
2.3.4 瞬态响应分析 11
2.3.5 系统响应的求解 12
2.4 I-DEAS动力学求解步骤 12
3 减速齿轮装置的几何造型及运动仿真 14
3.1 I-DEAS几何造型 14
3.2 减速齿轮装置部件的实体造型及装配 15
3.2.1 减速齿轮装置部件的实体建模 15
3.2.2 减速齿轮装置装配模型 17
3.3 减速齿轮装置的运动学仿真 19
4 减速齿轮装置的有限元模态分析 20
4.1 减速齿轮装置的计算模型 21
4.2 减速齿轮装置的固有模态 21
4.3 减速齿轮装置的约束模态 23
4.4 减速齿轮装置的等效附加模态 23
4.5 减速齿轮装置的有效质量模态 24
5 减速齿轮装置的静态有限元分析 26
5.1 轴承座所受静压力 26
5.2 轴承座所受分布载荷的计算 27
5.3 减速齿轮装置静态分析 27
5.3.1 减速齿轮装置静力分析有限元模型 27
5.3.2 减速齿轮装置静力分析结果 28
6 减速齿轮装置的动态响应有限元分析 30
6.1 减速齿轮装置的计算模型及动态激励 30
6.2 减速齿轮装置受X向加速度激励时的动态激励 31
6.3 减速齿轮装置受Y向加速度激励时的动态激励 37
6.4 减速齿轮装置受Z向加速度激励时的动态激励 43
6.5 减速齿轮装置分别受X、Y、Z向加速度激励时的动态应力 49
7 结论 50
致谢 51
参考文献
摘 要
舰船在服役期间不可避免地要遭受水下冲击载荷，若舰船设备的抗冲击性能较差，就会大大影响舰船的生命力，因此近年来对舰船设备抗冲击能力的研究越来越多。本文针对舰船动力传递装置中的重要设备——船用减速齿轮装置，采用I-DEAS分析软件进行了抗冲击动力学仿真，得到了冲击载荷作用下齿轮装置的速度、加速度、应力变化曲线以及动态应力云图。仿真分析结果对高抗冲击性能减速齿轮装置的设计具有一定的理论意义和工程实用价值。
论文的主要研究工作如下：
(1) 对减速齿轮装置的主要零部件进行三维实体造型，通过整机实体装配及机构运动学仿真，检验实体模型的准确性。
(2) 建立减速齿轮装置的模态分析模型，通过有限元模态分析，求出齿轮装置的低阶固有频率和固有振型，以及各冲击方向的约束模态、附加模态和有效质量模态。
(3) 建立减速齿轮装置的箱体静态有限元分析模型，通过有限元静力分析，得出齿轮箱额定工况下的位移场和应力场。
(4) 建立减速齿轮装置冲击动态响应分析模型，用冲击脉冲模拟加速度冲击激励，分析得出船用减速齿轮装置上各点的速度、加速度及动态应力。
(5) 通过对减速齿轮装置静态应力及动态应力分析，判定船用减速齿轮装置的抗冲击性能。
关键词： 减速齿轮装置，冲击载荷，动态响应，有限元法
ABSTRACT
It is almost unavoidable for a ship to subject to underwater shock loading during its service time. And it would be affecting the ship’s vitality if the shock resistance is weak, so more and more research is focus on the ship’s shock resistance recently. This thesis aim at the important power transmission equipment—marine gear reducer, and the software of I-DEAS is used to carry out the dynamic simulation of the marine gear reducer, then the time histories of acceleration, velocity and stress under the shock loading are obtained. The simulate results are valuable for design a high shock resistance marine gear reducer.
The main work presented in this thesis can be summarized as follows:
(1) The 3D solid model of main parts and the assembly model of gear reducer are created, and then the mechanism simulation is used to check out the correctness of the model of marine gear reducer.
(2) The mode analysis model of gear reducer is built up, and the low order of natural frequency and normal mode, as well as the constraint mode, attachment mode and effective mass mode at shock direction are obtained by finite element model analysis.
(3) Establish the static finite element analysis model of the gear reducer, obtain the displacement and stress at rated condition of the gear reducer through finite element static analysis.
(4) Build the dynamic response analysis mode of the gear reducer, using shock pulse to simulate the acceleration excitation, and obtain the acceleration, velocity and dynamic stress of the gear reducer.
(5) Analyze the static stress and dynamic stress synthetically, and figure out the shock resistance of the marine gear reducer.
Key words：marine gear reducer, shock load, dynamic response, finite element method
目 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1 引言 1
1.2 冲击形式及分析 2
1.3 水下爆炸对舰船结构冲击的研究现状 3
1.3.1 国外的研究现状 3
1.3.2 国内的研究现状 4
1.4 本论文的主要任务及内容 6
2 I-DEAS 响应分析的基本理论 7
2.1 I-DEAS响应分析过程概述 7
2.1.1 物理模型 7
2.1.2 数学模型 7
2.1.3 载荷条件 7
2.1.4 事件 8
2.1.5 响应分析 8
2.2 动力问题有限元方法简介 8
2.3 振型叠加法 9
2.3.1 正则模态和动力学运动方程 9
2.3.2 约束模态和强迫运动激励 10
2.3.3 模态加速度法 10
2.3.4 瞬态响应分析 11
2.3.5 系统响应的求解 12
2.4 I-DEAS动力学求解步骤 12
3 减速齿轮装置的几何造型及运动仿真 14
3.1 I-DEAS几何造型 14
3.2 减速齿轮装置部件的实体造型及装配 15
3.2.1 减速齿轮装置部件的实体建模 15
3.2.2 减速齿轮装置装配模型 17
3.3 减速齿轮装置的运动学仿真 19
4 减速齿轮装置的有限元模态分析 20
4.1 减速齿轮装置的计算模型 21
4.2 减速齿轮装置的固有模态 21
4.3 减速齿轮装置的约束模态 23
4.4 减速齿轮装置的等效附加模态 23
4.5 减速齿轮装置的有效质量模态 24
5 减速齿轮装置的静态有限元分析 26
5.1 轴承座所受静压力 26
5.2 轴承座所受分布载荷的计算 27
5.3 减速齿轮装置静态分析 27
5.3.1 减速齿轮装置静力分析有限元模型 27
5.3.2 减速齿轮装置静力分析结果 28
6 减速齿轮装置的动态响应有限元分析 30
6.1 减速齿轮装置的计算模型及动态激励 30
6.2 减速齿轮装置受X向加速度激励时的动态激励 31
6.3 减速齿轮装置受Y向加速度激励时的动态激励 37
6.4 减速齿轮装置受Z向加速度激励时的动态激励 43
6.5 减速齿轮装置分别受X、Y、Z向加速度激励时的动态应力 49
7 结论 50
致谢 51
参考文献
