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分类笔记
41.4号
船舶轴系计算的应用
2013年7月
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挪威船级社
前言
DNV是全球风险管理知识提供商。今天，安全负责的商业行为既是一种经营许可，也是一种竞争优势。我们的核心能力是识别、评估和建议风险管理。从我们在认证、分类、验证和培训方面的领先地位，我们开发和应用标准和最佳实践。这有助于我们的客户安全和负责地提高他们的业务表现。DNV是一个独立的组织，在100多个国家拥有专门的风险专家，旨在保护生命、财产和环境。
分类说明
船级说明是提供船舶和其他物体的实际船级资料的出版物。举例说明了设计方案、计算方法、测试程序规范以及一些部件可接受的修理方法，作为对更一般规则要求的解释。
变化 - 当前
总则
本文件取代2007年2月的第41.4号分类说明。
受此版本主要更改影响的文本以红色突出显示。但是，如果变化涉及整章，部分或子部分，通常只有标题为红色。
主要变化
- 表6-6已更新。
编辑更正
除上述主要变更外，可能还进行了编辑性更正。
4.4 组件高周疲劳的影响因素, KHtau;和KHsigma; 21
基本原则
范围
本分类说明包括验证轴的承载能力的程序和基本方程。这是一种基于S-N的疲劳寿命评估方法，主要基于DIN 743第1部分至第3部分:2000-04 tragfahiketes - Berechnung von Wellen und Achsen和VDEH 1983 Bericht Nr. ABF 11 Berechnung von Wohlerlinien fur Bauteile aus Stahl, Stahlguss und Grauguss Synthetische Wohlerlinien。
然而，它是“适应和简化”，以适应典型的轴设计在海上应用，如船舶上的船舶推进和辅助设备和海上移动装置。
引入简化的例子是，轴向应力被认为是可以忽略的船舶轴系系统，因为他们是由扭转和弯曲应力和直接使用机械强度的代表性测试。
尽管这种轴暴露在各种负载下，但只有少数主要负载情况需要考虑而不是申请，例如Miner#39;s＆Palmgrens的累积方法。这些典型的负载很少，在案例[1.2]中描述并在图1-1中说明
不同轴中的允许应力取决于相应规则所要求的安全系数。
在这个分类说明中给出了一个如何评估表面硬化或喷丸轴的安全性的方法。
图1 - 1
适用的负载情况(应力)和相关的循环次数
描述的方法
负载情况A
这种情况下的标准不应被视为设计要求与静态断裂或永久变形。局部屈服通常不是船用轴系的决定性标准。更相关的是低循环疲劳(LCF)失效的风险。从停止(或怠速)循环到高速运行，应力轴材料从零应力到最大峰值应力。循环是完成一次重复，从零(或空闲速度)到高运行速度，再回到停止(或空闲速度)。这通常被称为“主循环”，与飞机工业中的“地空-地循环”(GAG)类似。
LCF应考虑在船舶寿命周期内累积103至104个载荷周期的峰值载荷。对于某些应用，例如短程渡轮，可能需要考虑较高的周期数。
对于[3.2]a)中提出的“低周疲劳准则”，采用104个加载周期。注意，所考虑的最大峰值应力不一定与轴的最大转速有关，但可能是间歇性的冲击载荷，例如，由于主共振的快速抓入或通过，如图3-1至图3-8所示。
负荷情况B
为了防止循环应力引起的疲劳破坏，在正常和连续的运行过程中，引入了这种载荷情况的判据(参见图3-1至图3-8)。载荷循环数与轴在船舶全寿命内的总转数有关，即达到或超过1010个载荷循环，名副其实;“高循环疲劳(HCF)标准”。准则见第4节。
负载情况C
这代表了A所不涵盖的常规瞬态操作，即在船舶的生命周期内累计超过104个负载周期。在实际应用中，这是指直接耦合推进装置中的轴系，通常由5到8缸柴油机驱动。其原因是该类机组发动机的主激励阶数与轴系第一扭振固有频率重合，其中“稳态”扭振应力幅值通常超过工况B确定的水平，见图3-2、图3-4、图3-8。为了连续运行，必须禁止此谐振转速周围的速度范围，并且只能尽可能快地通过，见图3-5至图3-8。尽管如此，某些装置在船舶的生命周期中可能累积多达100万个这样的负载周期。这可能是由于相当缓慢的加速或减速，或频繁的通过(如操纵速度低于禁止速度范围)。另一方面，优化后的装置可以积累104个周期(例如在运行速度范围较低区域的棒速范围内的装置或在零或低节距运行通过禁止速度范围的可控螺距螺旋桨(CPP)装置)。
负荷情况D
这一标准的目的是避免在轴的高负荷部分反复屈服逆转。屈服反转的定义是先在拉力下屈服，然后在压缩下屈服，反之亦然，如图1-2所示。所有弯曲回形针的机械工程师都很清楚，仅仅经过几个周期，他们的“锻炼”就会因回形针的早期故障而终止。这种极限加载方式仅适用于转矩为负的装置，如可逆装置的“急停”动作，如图3-3至图3-8所示。假设这些扭矩反转发生的次数远远少于103次。
轴系的优化系统,特别是当瞬态操作而言,建议使用迭代方法之间的动态分析《如船舶分类规则/高速,轻量轴和海军水面舰艇》Pt.4 Ch.3 Sec.1 G和轴的设计,提出了分类。
图1 - 2
凹槽内的塑化滞后回线
《船舶/高速、轻型和水面舰艇分类规则》pt4 Ch.4 Sec.1 B206 - B208对各种普通轴设计给出了简化直径公式。然而，由于这些简化是“为了安全起见”，因此这些公式计算得到的尺寸将比这里给出的基本标准大一些。
为了便于演示，附录A给出了一些计算方法的示例。
适用范围
本分类说明所载的准则适用于以下轴类:
锻造或热轧钢的材料，最小抗拉强度为400mpa
材料抗拉强度,sigma;B达到1200MPa1）和屈服强度(0.2%屈服点),sigma;y高达900 MPa.1）
没有表面硬化2）
无镀铬、金属喷涂、焊接等(需特别注意)
防腐蚀处理(通过油、油基涂料、涂料、选材或干燥环境处理)
1）对于需要利用抗拉强度在800mpa以上和屈服强度在600mpa以上的应用，材料的清洁度越来越重要。可能需要比材料标准规定的更高的清洁度。另见pt4 Ch.2 Sec3B。
2）然而，[3.6]和[4.5]中给出了一些一般的指导原则。
3）对于脚注1）中提到的钢材，需要特殊的防腐蚀保护。保护方法有待提出。
命名法
符号
使用表2-1中的符号。只使
资料编号：[4286]
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