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研究生:陳政男
研究生(外文):CHEN, CHENG-NAN
論文名稱:軍艦推進軸系設計之振動分析研究
論文名稱(外文):Vibration Analysis of Warship Propulsion Shaft Design
指導教授:徐中華
指導教授(外文):HSU, CHEUNG-HWA
口試委員:徐中華張朝誠鄭耀昌
口試委員(外文):HSU, CHEUNG-HWACHANG, CHAO-CHENGJENG, YAO-CHANG
口試日期:2017-07-17
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:模具工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:振動分析優化設計Visual Basic 6.0ANSYS Workbench 16.1
外文關鍵詞:Visual Basic 6.0ANSYS Workbench 16.1Vibration analysisOptimum design
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本研究依據MIL-STD-2189軍事艦艇推進軸系設計技術手冊規範公式,透過Visual Basic 6.0商業軟體開發程式設計建立計算程式介面,將船舶軸系設計所需考量之軸徑、材料、應力、剪力、負荷和扭矩等相關設計參數程式化,建立一套軸系計算系統。本文以某船舶軸系為例,將其參數代入計算程式系統做換算,來得出各軸段符合安全係數範圍之設計,查看是否符合預設安全係數規範,為了尋找最佳軸承位置來降低軸系產生之共振問題,利用ANSYS Workbench 16.1有限元素分析軟體建立軸系三維模型,並設定材料參數及邊界條件進行軸系之縱向振動分析,隨著變動軸承位置來模擬分析此軸模型之模態、自然頻率和諧波響應分析,由振動之自然頻率和強迫振盪的頻率中,觀察是否頻率吻合產生共振發生,並以田口法調整軸承位置來作優化設計,得知共振所產生之振幅降低了59%,優於原始軸承位置組合。

Based on the standard formula of MIL-STD-2189 military ship propulsion shafting design manual, this paper designs and establishes the calculation program interface through Visual Basic 6.0 commercial software development program. This thesis considers the shaft diameter, material, stress and shear force, load and torque and other related design parameters of the program, and establishes of a shaft system calculation system. In this paper, a ship shaft system is demonstrated to find the best bearing position to reduce the shaft resonance problem. The finite element analysis software ANSYS Workbench 16.1 is used to establish the 3D model of the shaft system, and the vibration analysis. With the change of the bearing position, the modal and the natural frequency and harmonic response analysis are evaluated Taguchi method is utilized to adjust the bearing position for optimum design for the best arrangement of bearing position to avoid resonance and reduce the amplitude.

目錄
摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
符號說明 ix
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究背景與動機 2
1.3 研究目的 3
1.4 論文架構 4
第二章 基礎理論與相關文獻 6
2.1 軸承位置及校中 6
2.1.1 中間軸承的位置及間距 8
2.1.2 艉軸承的位置及間距 8
2.1.3 軸系軸承數學模型 9
2.2 軸系振動分析 10
2.2.1 側向振動 12
2.2.2 縱向振動 12
2.2.3 扭轉振動 12
2.3 傳遞矩陣法 13
2.3.1 狀態矢量定義 13
2.3.2 元件傳遞矩陣 13
2.3.3 自然頻率之計算 14
2.4 縱向振動數學模型建立 15
2.5 振動模態分析基本理論 16
2.6 田口品質工程 17
第三章 程式設計與分析 19
3.1 Visual Basic 6.0程式設計軟體 19
3.1.1 推進軸系設計公式 20
3.1.2 建立計算程式介面 22
3.2 船舶軸系模型建立 25
3.2.1 ANSYS Workbench分析軟體介紹 25
3.2.2 有限元素分析 26
3.3 三維船軸模型建立 27
3.4 網格劃分 30
3.4.1 網格形狀品質分析 30
3.4.2 軸系網格分析 32
3.5 數值模擬參數設定 33
3.6 數值模擬流程 34
3.6.1 前處理 34
3.6.2 求解器 34
3.6.3 後處理 34
第四章 結果與討論 36
4.1 軸承位置對振動之分析 36
4.1.1 自然頻率分析 36
4.1.2 強制振動分析 41
4.2 田口法規劃 42
4.2.1 共振振幅信號雜音比 43
4.2.2 變異數分析 46
4.3 驗證實驗 47
第五章 結論與未來展望 49
5.1 結論 49
5.2 未來展望 50
參考文獻 51
附錄一 54
作者簡介 55



參考文獻
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