桨轴系统动力学分析方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

本发明涉及船舶，具体涉及一种桨轴系统动力学分析方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术：

1、桨轴动力学分析是一种在船舶与海洋结构工程中广泛应用的方法，用于评估桨轴或船舶传动系统在工作时的振动、疲劳和可靠性等问题。桨轴动力学分析的主要目的是预测桨轴转速和载荷对桨轴、船舶和推进系统的动力响应和载荷分布的影响。

2、目前主流的分析方法有单向流固耦合动力学分析和双向流固耦合动力学分析两种，现有技术中的单向流固耦合动力学分析具有求解速度快，耗费计算资源小等优点，但其忽略了流场与结构场之间的相互影响；而现有技术中的双向流固耦合动力学分析虽然克服了单向流固耦合动力学分析的缺点，但其也无法应用于诸多复杂工况，导致实现的动力学分析不够全面，也即降低了分析精度。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的不足，本发明提供一种桨轴系统动力学分析方法、装置、计算机设备及存储介质。

2、第一方面，在一个实施例中，本发明提供一种桨轴系统动力学分析方法，包括：

3、获取螺旋桨在初始化的流场中的第一非定常水动力，以及轴系的结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵；

4、根据第一非定常水动力以及结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵，构建桨轴系统动力学方程，对桨轴系统动力学方程进行迭代求解，得到求解结果收敛后的第一螺旋桨运动轨迹；

5、分别对螺旋桨进行自转模拟和公转模拟，以实现螺旋桨的运动轨迹更新，得到更新后的第二螺旋桨运动轨迹；

6、确定第二螺旋桨运动轨迹对应的第二非定常水动力，若第二非定常水动力未收敛，则将第二非定常水动力作为新的第一非定常水动力，重复上述步骤，直至得到收敛后的第二非定常水动力，以实现桨轴系统动力学分析。

7、在一个实施例中，分别对螺旋桨进行自转模拟和公转模拟，以实现螺旋桨的运动轨迹更新，得到更新后的第二螺旋桨运动轨迹，包括：

8、分别对螺旋桨进行自转模拟和公转模拟，以实现螺旋桨旋转一周后的运动轨迹更新，得到更新后的第二螺旋桨运动轨迹。

9、在一个实施例中，分别对螺旋桨进行自转模拟和公转模拟，包括：

10、通过滑移网格对螺旋桨进行自转模拟；

11、通过fluent软件提供的二次开发程序udf对螺旋桨进行公转模拟。

12、在一个实施例中，获取螺旋桨在初始化的流场中的第一非定常水动力，包括：

13、在初始化的流场中迭代计算螺旋桨的定常水动力，得到收敛后的定常水动力；

14、根据收敛后的定常水动力，计算螺旋桨的第一非定常水动力。

15、在一个实施例中，计算螺旋桨的定常水动力，包括：

16、通过滑移网格计算螺旋桨的定常水动力；

17、计算螺旋桨的第一非定常水动力，包括：

18、通过滑移网格计算螺旋桨的第一非定常水动力。

19、在一个实施例中，在根据第一非定常水动力以及结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵，构建桨轴系统动力学方程，对桨轴系统动力学方程进行迭代求解，得到求解结果收敛后的第一螺旋桨运动轨迹的步骤之前，还包括：

20、对第一非定常水动力进行周期延拓，得到预设时间长度的第一非定常水动力；

21、根据第一非定常水动力以及结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵，构建桨轴系统动力学方程，对桨轴系统动力学方程进行迭代求解，得到求解结果收敛后的第一螺旋桨运动轨迹，包括：

22、根据预设时间长度中对应于第一个时间步的第一非定常水动力以及结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵，构建桨轴系统动力学方程，对桨轴系统动力学方程进行迭代求解；

23、若求解结果未收敛，则根据预设时间长度中对应于第二个时间步的第一非定常水动力以及结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵，构建桨轴系统动力学方程，对桨轴系统动力学方程进行迭代求解；

24、若求解结果收敛，则得到求解结果收敛后的第一螺旋桨运动轨迹。

25、在一个实施例中，对桨轴系统动力学方程进行迭代求解，包括：

26、通过newmark-β方法对桨轴系统动力学方程进行迭代求解。

27、第二方面，在一个实施例中，本发明提供一种桨轴系统动力学分析装置，包括：

28、参数获取模块，用于获取螺旋桨在初始化的流场中的第一非定常水动力，以及轴系的结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵；

29、轨迹计算模块，用于根据第一非定常水动力以及结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵，构建桨轴系统动力学方程，对桨轴系统动力学方程进行迭代求解，得到求解结果收敛后的第一螺旋桨运动轨迹；

30、轨迹更新模块，用于分别对螺旋桨进行自转模拟和公转模拟，以实现螺旋桨的运动轨迹更新，得到更新后的第二螺旋桨运动轨迹；

31、输出检测模块，用于确定第二螺旋桨运动轨迹对应的第二非定常水动力，若第二非定常水动力未收敛，则将第二非定常水动力作为新的第一非定常水动力，重复上述步骤，直至得到收敛后的第二非定常水动力，以实现桨轴系统动力学分析。

32、第三方面，在一个实施例中，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器；存储器存储有计算机程序，处理器用于运行存储器内的计算机程序，以执行上述任一种实施例中的桨轴系统动力学分析方法中的步骤。

33、第四方面，在一个实施例中，本发明提供一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器进行加载，以执行上述任一种实施例中的桨轴系统动力学分析方法中的步骤。

34、通过上述桨轴系统动力学分析方法、装置、计算机设备及存储介质，从螺旋桨运动轨迹最终趋于稳定的角度出发，先根据获取到的螺旋桨在初始化的流场中的第一非定常水动力以及轴系的结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵，构建得到对应的桨轴系统动力学方程，通过桨轴动力学方程求解到对应的第一螺旋桨运动轨迹，然后再通过对螺旋桨自转和公转的模拟，得到更新后的第二螺旋桨运动轨迹，最终根据第二螺旋桨运动轨迹对应的第二非定常水动力的收敛，来实现桨轴系统动力学分析；既考虑了流固之间的相互影响，又能够应用于诸多复杂工况，进而提高了动力学分析的全面性，即提高了分析精度。

技术特征：

1.一种桨轴系统动力学分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的桨轴系统动力学分析方法，其特征在于，所述分别对所述螺旋桨进行自转模拟和公转模拟，以实现螺旋桨的运动轨迹更新，得到更新后的第二螺旋桨运动轨迹，包括：

3.根据权利要求1所述的桨轴系统动力学分析方法，其特征在于，所述分别对所述螺旋桨进行自转模拟和公转模拟，包括：

4.根据权利要求1所述的桨轴系统动力学分析方法，其特征在于，所述获取螺旋桨在初始化的流场中的第一非定常水动力，包括：

5.根据权利要求4所述的桨轴系统动力学分析方法，其特征在于，所述计算所述螺旋桨的定常水动力，包括：

6.根据权利要求4所述的桨轴系统动力学分析方法，其特征在于，在所述根据所述第一非定常水动力以及所述结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵，构建桨轴系统动力学方程，对所述桨轴系统动力学方程进行迭代求解，得到求解结果收敛后的第一螺旋桨运动轨迹的步骤之前，还包括：

7.根据权利要求1所述的桨轴系统动力学分析方法，其特征在于，所述对所述桨轴系统动力学方程进行迭代求解，包括：

8.一种桨轴系统动力学分析装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于运行所述存储器内的所述计算机程序，以执行权利要求1至7任一项所述的桨轴系统动力学分析方法中的步骤。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器进行加载，以执行权利要求1至7任一项所述的桨轴系统动力学分析方法中的步骤。

技术总结
本发明提供一种桨轴系统动力学分析方法、装置、计算机设备及存储介质，方法包括：获取螺旋桨在初始化的流场中的第一非定常水动力及轴系的结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵；根据第一非定常水动力及结构场的质量阵、刚度阵和阻尼阵，构建桨轴系统动力学方程，对桨轴系统动力学方程进行迭代求解，得到求解结果收敛后的第一螺旋桨运动轨迹；分别对螺旋桨进行自转模拟和公转模拟，以实现螺旋桨的运动轨迹更新，得到更新后的第二螺旋桨运动轨迹；确定第二螺旋桨运动轨迹对应的第二非定常水动力，若第二非定常水动力未收敛，则将第二非定常水动力作为新的第一非定常水动力，重复上述步骤，直至得到收敛后的第二非定常水动力，以实现桨轴系统动力学分析。

技术研发人员：姜晨醒,倪世威,赵国锋,张恒诚,徐含章,王曦,逯亚坤,陈宇璇,曹海峰,阳莲,赖华春,赖虹羽,赵璐,周美琴
受保护的技术使用者：嘉庚创新实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17