船舶耐波性能实验——阻尼系数测量
船舶耐波性及其评价方法综述
船舶耐波性及其评价方法综述熊云峰熊文海（武汉理工大学，武汉430063）摘要: 随着人们对船舶在波浪上的航行性能愈来愈重视，船舶耐波性的好坏已成为衡量现代化船舶航行性能的重要衡准之一，本文通过对船舶耐波性的分析，总结了船舶在波浪中航行时的耐波性衡准，并对各种船舶耐波性评价方法作了较为全面的介绍和总结，同时提出了今后研究工作的方向和重点。
关键词: 船舶耐波性；衡准；评价；综述1引言船舶耐波性及其评价方法是船舶设计和航海人员及海事管理部门都十分重视的研究课题。
寻找使用方便且行之有效的船舶耐波性评价方法与衡准也一直是船舶耐波性研究人员所追求的目的之一。
但由于船舶耐波性问题的复杂性，迄今尚无统一的耐波性衡准指标，船舶耐波性评价方法也多种多样。
因此，深入了解以往研究所用的各种评估方法及其研究成果，对于进一步完善船舶耐波性及其评价方法的研究，找到更加方便、合理、准确的评价方法，减少船舶在风浪中发生危险的可能性，无疑具有重大的意义。
为此，本文力图对船舶耐波性及其评价方法进行较为全面的介绍和总结，并提出今后研究工作的方向和重点，供船舶耐波性研究人员参考。
2 船舶耐波性概述船舶耐波性是研究船舶在波浪中运动规律的一门学科。
对商船而言，耐波性是指船舶在波浪扰动下，产生各种摇荡运动、砰击、甲板上浪、失速、螺旋桨出水以及波浪弯矩等，仍能够维持一定航速在波浪中安全航行的性能。
对于舰艇而言，我国海军规定：“耐波性是指舰艇在一定海况下具有适当的舰体运动环境，以保证人员及各种武器、系统和其他装备能正常工作的能力”。
对于船舶耐波性的研究，它是随着船舶工业的发展和计算机技术的发展而不断在发展，但是研究船舶耐波性的基本方法主要有两种：（1）理论计算与分析法船舶在波浪中的摇荡运动，从力学的观点看，包括两个方面：一是刚体动力学问题，即船舶作为一般刚体在受到外力作用下产生运动的问题。
船舶在波浪扰动下的摇荡运动同周期性扰动力作用下的振荡器的振动类似，因此，研究船舶摇荡运动归结为建立船舶摇荡运动的微分方程及求解。
船舶耐波性能实验——阻尼系数测量
船舶耐波性能试验—阻尼系数测量试验学生姓名：学号：学院：船舶与建筑工程学院班级：指导教师：一、船模横摇试验的目的上风浪中航行最易发生横摇，而且横摇的幅度较大，不仅影响船员生活和工作的各个方面，严重的横摇还会危及船舶的安全乃至倾覆失事。
因此，在有关耐波性的研究中，首先关注的是要求设计横摇性能优良的船舶。
由于船舶在波浪中横摇运动的复杂性，理论计算尚未达到可用于实际的程度，因而模型试验是目前预报船舶横摇最可靠的方法。
本教学试验由下列两部分组成，即：1．船模在静水中的横摇衰减试验，目的是确定船的固有周期以及作用在船体上的水动力系数，如附连水惯性矩及阻尼系数等。
据此可根据线性运动方程计算船舶在风浪中的横摇频率响应曲线。
2．船模在规则波中的横摇试验，目的是确定船的横摇频率响应函数，可用于预报船舶在中等海况下的横摇统计特性，对于高海况的预报数值则偏高，这是由于非线性影响的缘故。
二．实验原理通过《船舶原理》课程的学习，我们知道船舶的横摇运动方程可以表示为：式中，表示横摇角、横摇角速度、横摇角加速度；Ixx’表示船舶在水中的横摇惯性矩，等于船舶在空气中的横摇惯性矩Ixx 与船舶在水中的横摇附加惯性矩之和；N为阻尼力矩系数；D为排水重量；h为横稳性高度；αm0为有效波倾；ω为波浪圆频率。
引入横摇衰减系数γ和横摇固有（圆）频率ωФωФ2=Dh/Ixx’横摇运动方程可以写成:静水中自由横摇考虑船舶在初始时刻浮于静水面上，并伴有一个静横倾角φ0，但不受波浪的作用，该船舶随后将作自由横摇运动，其表达式可以写成式中，无因次衰减系数μ和相位超前角β为自由横摇幅值随时间成指数规律衰减，而横摇角随时间成余弦变化规律。
余弦函数的周期为2π，当每增加2π时，横摇完成一个摇摆，对应的时间间隔为自由横摇周期TФ’，即：ωФ’ TФ’=2π或上式中的表示水阻尼对横摇周期的影响，实际上阻尼对周期的影响很小。
若不考虑水的阻尼，则=0，式（6）对应的自由横摇周期即为横摇固有周期。
船舶耐波性总结2
船舶耐波性总结第一章耐波性概述一、海浪的描述、、。
船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。
二、6个自由度的摇荡运动船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。
而这些运动中又有直线运动和往复运动垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。
船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。
产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。
三、动力响应船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。
剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：1）、对适居性的影响；2）、对航行使用性的影响；3）、对安全性的影响；船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。
第二章海浪与统计分析2-1 海浪概述风浪的三要素：风速、风时、风区长度。
风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。
充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。
海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。
风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。
A 0=cos kx -t ξξω（）A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。
在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：≈ 2=1.56T λ； c==1.25T λλ； 2=T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。
但是水质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。
余弦波单位波表面积的波浪所具有的能量2A 1E=g 2ρξ2-3不规则波理论基础一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。
基于计算流体力学理论的船舶横摇阻尼系数计算
及 周 围流场相 对简 单 ， 对复杂 船 型（ 针 如带 球鼻首 及
方 尾 的军舰船 模 ） 耐波 性研究 几乎 没有 。 的
实 验获得 。但 船模 实验存 在 费用 高 、 周期 长 、 易改 不 变 船型 等缺 陷 。 基 于计 算 流 体 力 学 （ ｏ ｕ ａｉｎ ｌ ｌｉ ｙ Ｃ ｍｐ ｔｔ ａ Ｆ ｕｄ Ｄ — ｏ ｎ ｍｉ ， Ｆ 理 论 的船 舶水 动 力学 数 值模 拟 ， ａ ｃ Ｃ Ｄ） ｓ 因其 具 有费 用低 、 无触 点 流 场测 量 以及 可 获得 较 为 详 细 的流场 信息 等优 势 ， 步成 为 船 舶 耐 波性 研 究 的热 逐 点 问题 。 目前 ， 国外 学 者 在规 则 波 中船舶 纵 向运 动
ｓ ｉ ｏ ｌ ａ ｐｎ ｏ ｆｉｉｎ ．Ｃａ ｃ ｌ ｔｄ ｒ ｓ ｌｓａ ｅ ｉ ｏ ｄａ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｋ ｔ ｓ ａ ａ ｈ ｐ ｒ ｌ ｄ ｍ ｉ ｇ ｃ ｅｆｃｅ ｔ ｌｕ ａ ｅ ｅ ｕ ｔ ｒ ｇ ｏ ｇ ｅ ｍｅ ｔ ｎ ｗｉ ｔ ｎ ｅ ｔｄ ｔ ．Ｔｈ Ｄ ｔ ｏ ｓｍｏ ｅ ｈ ｅＣＦ ｍｅｈ ｄ ｉ ｒ ａ ｃ ｒ ｔ ｈ ｎ ｐ ｔ ｎ ｉｌ ｌ ｗ ｔ ｏ ｎ ｒ ｏ ｖ ｎ ｅ ｔａ ｄ ｅ ｏ ｏ ｃ ｌ ｈ ｎ ｔ ｎ ｅ ｔｍｅ ｈ ｄ ｃ ｕ ａ ｅｔ ａ ｏ ｅ ｔ ｏ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｍｏ ｅ ｃ ｎ ｅ ｉ ｎ ｎ ｃ ｎ ｍｉａ ａ ａ ｋ ｔ ｓ ａｆ ｔ ｔｏ ．
验 结 果 吻 合 良好 。
１ 数值 计 算 方 法
１ １ 控 制方程 ． 对船 舶运 动来说 ， 将水 视作不 可压 缩粘 性流体 ， 其 控制方 程 主要包 括连续 性方程 、 量方程 、 流方 动 湍
基 于 计 算 流 体 力 学 理 论 的 船 舶 横 摇 阻尼 系数 计算
舰船结构的耐波性能分析与优化设计
舰船结构的耐波性能分析与优化设计舰船结构的耐波性能是指舰船在海洋波浪环境下承受波浪载荷时的稳定性和安全性能。
耐波性能的分析与优化设计对于舰船的设计和建造具有重要意义。
本文将就舰船结构的耐波性能进行分析，并提出相应的优化设计方法。
1. 波浪载荷对舰船结构的影响波浪载荷是指充斥在舰船结构表面的波浪力，它对舰船结构的影响可表现为“浪荡力”和“迎浪力”。
浪荡力使得舰船产生横向和纵向的运动，而迎浪力则用于提供推进力。
2. 耐波性能分析方法2.1 线性理论分析线性理论是一种基本的理论模型，它假设波浪载荷与舰船的反应之间是线性关系。
通过线性理论分析，可以获得舰船在不同波浪条件下的波动响应和载荷分布。
2.2 非线性数值模拟非线性数值模拟是一种更加精确的耐波性能分析方法，它考虑了波浪载荷和舰船结构的非线性特性。
利用计算流体力学方法，可以模拟舰船在海上的真实工作环境，获得更准确的结果。
3. 耐波性能优化设计方法3.1 材料选择与强度优化在耐波性能优化设计中，选择合适的材料对于提高舰船结构的强度和刚度至关重要。
通过优化材料的特性，可以降低结构的振动幅值和应力，提高舰船的耐波性能。
3.2 结构形状优化结构形状对于舰船的耐波性能有着直接的影响。
通过优化结构的外形和布局，可以减小舰船与波浪的相互作用，降低波浪载荷和结构响应。
3.3 主动控制技术主动控制技术可以在一定程度上改善舰船的耐波性能。
通过采用合适的控制策略，如自适应控制和反馈控制，可以减小波浪力对舰船的影响，提高舰船的稳定性和操纵性能。
4. 耐波性能分析与优化设计案例以某型舰船为例，通过上述提到的耐波性能分析与优化设计方法，对舰船的结构进行分析和改进。
通过数值模拟和实际试验，获得了舰船在不同波浪条件下的耐波性能数据，并根据数据分析结果进行相应的结构优化设计。
5. 结论舰船结构的耐波性能是保证舰船在海上安全运行的重要因素。
本文通过分析耐波性能的影响因素，并介绍了线性理论分析和非线性数值模拟两种常用的分析方法。
船舶耐波性能及优化设计研究
船舶耐波性能及优化设计研究一、引言船舶耐波性能是衡量一艘船的重要指标之一，也是保障船舶海上安全的关键因素。
船舶在海上航行时，会面临各种波浪环境，船舶的耐波性能好坏决定了其航行的安全性和舒适性。
因此，研究船舶的耐波性能以及优化设计是一个具有重要意义的课题。
二、船舶耐波性能的影响因素船舶的耐波性能是由船体本身的设计和建造质量、船舶在海上的运动状态以及各种环境因素综合影响而形成的。
以下是影响船舶耐波性能的几个主要因素：1、船体结构设计船体结构设计是影响船舶耐波性能的最重要因素之一，它包括船体型面设计、船体尺寸比例、船舶结构强度等。
合理的船体结构设计有利于提高船舶的耐波性能。
2、载货量和船员配备随着船舶的载货量增大，船舶的大、小浪受力情况也会发生变化，会对船舶的耐波性能产生一定的影响。
而船员配备的多少也会影响船舶的艇身均衡状态和灵活性，从而影响船舶的耐波性能。
3、船舶在海上的运动状态船舶在海上的运动状态是受到风、浪、潮流等多种因素的综合影响而形成的，如航向、航速、波浪高度、波浪频率等。
这些因素会影响船舶的耐波性能。
4、波浪环境波浪环境是指船舶在海上遇到的波浪形态，包括波高、波浪频率、波浪周期等。
不同的波浪环境对船舶的耐波性能有不同的影响，需要对波浪环境进行全面的评估和分析。
三、优化船舶耐波性能的设计方法为了提高船舶的耐波性能，需要采取一些有效的优化设计方法。
以下是几种主要的设计方法：1、船体结构优化设计船体结构的优化设计可以通过数值模拟和实验测试两种方法来实现。
数值模拟主要利用计算机仿真技术分析和研究船体结构的力学性能，进行结构优化设计，实验测试则是通过对船舶模型进行真实的模拟试验，获取船体结构的力学特性数据。
2、锚泊安装和操纵策略优化对于大型船舶来说，锚泊安装和操纵策略的优化也是提高船舶的耐波性能的关键因素之一。
优化锚泊安装和操纵策略可以通过数值模拟和实验测试来实现。
3、减轻船舶载重量为了提高船舶的浮力和稳定性能，可以考虑减轻船舶的载重量。
船舶耐波性总结2讲解
船舶耐波性总结第一章耐波性概述一、海浪的描述、、。
船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。
二、6个自由度的摇荡运动船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。
而这些运动中又有直线运动和往复运动垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。
船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。
产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。
三、动力响应船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。
剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：1）、对适居性的影响；2）、对航行使用性的影响；3）、对安全性的影响；船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。
第二章海浪与统计分析2-1 海浪概述风浪的三要素：风速、风时、风区长度。
风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。
充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。
海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。
风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。
A 0=cos kx -t ξξω（）A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。
在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：≈； 2=1.56T λ； c==1.25T λλ； 2=T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。
但是水质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。
余弦波单位波表面积的波浪所具有的能量2A 1E=g 2ρξ2-3不规则波理论基础一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。
第六章 船舶耐波性
二、风浪等级及耐波性基本概念
浪级
浪 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 级 名 无 微 小 轻 中 大 巨 狂 狂 怒 称 浪 浪 浪 浪 浪 浪 浪 浪 涛 涛 高 (m ) 0 < 0 .1 0 . 1 ≦ H 1 /3 < 0 . 5 0 . 5 ≦ H 1 /3 < 1 . 2 5 1 . 2 5 ≦ H 1 /3 < 2 .5 2 . 5 ≦ H 1 /3 < 4 . 0 4 . 0 ≦ H 1 /3 < 6 . 0 6 . 0 ≦ H 1 /3 < 9 . 0 9 . 0 ≦ H 1 /3 < 1 4 .0 1 4 .0 ≦ H 1 /3 浪
船舶概论
第六章 船舶耐波性
——征服波涛 ——征服波涛
2010年 2010年8月
目录 一、船舶摇荡运动 二、风浪等级及耐波性基本概念 三、船舶耐波性试验研究 四、船舶耐波性数值计算研究 五、改善耐波性的若干措施
一、船舶摇荡运动
一条集装箱船， 一条集装箱船，实船航行
一、船舶耐波性的基本概念
船舶摇荡运动定义 船舶摇荡运动： 船舶摇荡运动： 船舶绕纵轴（ 1横摇——船舶绕纵轴（船长方向）的往复摇动 横摇 船舶绕纵轴 船长方向） 2纵摇——船舶绕横轴（船快方向）的往复摇动 船舶绕横轴（ 纵摇 船舶绕横轴 船快方向） 首摇——船舶绕垂直轴（ 船高度方向 ） 的往复 船舶绕垂直轴（ 3 首摇 船舶绕垂直轴 船高度方向） 摇动 4垂荡——船舶沿垂直轴的往复运动 垂荡 船舶沿垂直轴的往复运动 5横荡——船舶沿横轴的往复运动 横荡 船舶沿横轴的往复运动 6纵荡——船舶沿纵轴的往复运动 纵荡 船舶沿纵轴的往复运动
三、船舶耐波性的试验研究
耐波性水池 船舶耐波性形状 往往近乎方形。 往往近乎方形。 配备有造波装置， 配备有造波装置， 可以模拟自然界 出现的各种海浪、 出现的各种海浪、
测定阻尼系数实验报告
一、实验目的1. 理解阻尼现象及其在物理系统中的应用。
2. 学习使用不同方法测定阻尼系数。
3. 通过实验，掌握阻尼系数的概念及其在振动系统中的作用。
二、实验原理阻尼系数是描述阻尼作用强度的一个参数，它反映了系统在运动过程中能量耗散的程度。
阻尼系数越大，系统能量耗散越快，振动幅度衰减越快。
本实验主要采用以下两种方法测定阻尼系数：1. 自由振动法：通过测量振动系统自由振动过程中振幅随时间的变化，利用阻尼振动方程求解阻尼系数。
2. 受迫振动法：通过测量振动系统在周期性外力作用下的振动响应，利用幅频特性曲线确定阻尼系数。
三、实验器材1. 振动台2. 振幅传感器3. 数据采集器4. 计算机软件5. 自由振动实验装置6. 受迫振动实验装置四、实验步骤1. 自由振动法：1. 将振动台调至固定频率，启动振动台，使振动系统进行自由振动。
2. 利用振幅传感器采集振动系统振幅随时间的变化数据。
3. 将数据输入计算机软件，绘制振幅-时间曲线。
4. 根据阻尼振动方程，通过曲线拟合求解阻尼系数。
2. 受迫振动法：1. 将振动台调至固定频率，启动振动台，使振动系统进行受迫振动。
2. 利用振幅传感器采集振动系统振幅随频率的变化数据。
3. 将数据输入计算机软件，绘制幅频特性曲线。
4. 根据幅频特性曲线，确定阻尼系数。
五、实验结果与分析1. 自由振动法：1. 通过实验，得到振动系统振幅-时间曲线。
2. 根据曲线拟合结果，求得阻尼系数为0.025。
2. 受迫振动法：1. 通过实验，得到振动系统幅频特性曲线。
2. 根据曲线分析，确定阻尼系数为0.025。
六、实验结论1. 本实验成功测定了振动系统的阻尼系数，验证了自由振动法和受迫振动法的有效性。
2. 通过实验，加深了对阻尼现象及其在物理系统中的应用的理解。
3. 实验结果表明，自由振动法和受迫振动法均可用于测定阻尼系数，且两种方法的结果基本一致。
七、实验注意事项1. 实验过程中，确保振动台和传感器稳定运行。
测阻尼系数实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解阻尼系数的概念和测量方法。
2. 掌握使用不同方法测定阻尼系数的原理和步骤。
3. 通过实验，验证阻尼系数在不同条件下的变化规律。
二、实验原理阻尼系数是描述阻尼作用强度的一个物理量，其定义为阻尼力与外力之比。
在振动系统中，阻尼系数的大小直接影响系统的振动特性，如振幅、频率等。
本实验通过以下几种方法测定阻尼系数：1. 振幅衰减法：通过测量振动系统在无外力作用下的自由衰减振动，计算阻尼系数。
2. 频率响应法：通过测量振动系统在不同频率下的响应，计算阻尼系数。
3. 波尔共振法：利用波尔共振仪，测量振动系统在不同阻尼力矩下的共振频率，计算阻尼系数。
三、实验器材1. 波尔共振仪2. 频率计3. 振幅传感器4. 信号发生器5. 示波器6. 电源7. 数据采集器8. 计算机及实验软件四、实验步骤1. 振幅衰减法：（1）将振动系统置于波尔共振仪上，确保系统稳定。
（2）启动信号发生器，产生频率为f0的正弦波信号。
（3）将信号发生器输出信号接入振动系统，观察振幅变化。
（4）记录振动系统自由衰减振动的振幅随时间的变化数据。
（5）根据振幅衰减数据，计算阻尼系数。
2. 频率响应法：（1）将振动系统置于波尔共振仪上，确保系统稳定。
（2）使用频率计测量振动系统的自振频率。
（3）调整信号发生器输出信号的频率，使其等于振动系统的自振频率。
（4）观察振动系统的响应，记录振幅和相位变化数据。
（5）根据频率响应数据，计算阻尼系数。
3. 波尔共振法：（1）将振动系统置于波尔共振仪上，确保系统稳定。
（2）调整波尔共振仪的阻尼力矩，使振动系统达到共振状态。
（3）记录振动系统的共振频率。
（4）改变阻尼力矩，重复步骤（2）和（3），得到多个共振频率。
（5）根据共振频率数据，计算阻尼系数。
五、实验结果与分析1. 振幅衰减法：根据实验数据，计算得到阻尼系数为0.05。
2. 频率响应法：根据实验数据，计算得到阻尼系数为0.04。
阻尼系数的测试方法
阻尼系数的测试方法随着建筑物结构的不断发展和完善，结构阻尼系数的测量在工程领域中变得越来越重要。
结构阻尼系数是描述结构物在振动过程中的耗能能力的重要参数，其大小直接影响着结构物的抗震性能。
因此，准确测量结构阻尼系数对于评估结构物的抗震性能、提高结构物的安全性具有重要意义。
结构阻尼系数的测量方法主要有两种，一种是基于自由振动的方法，另一种是基于强迫振动的方法。
下面将分别介绍这两种方法。
1.基于自由振动的方法自由振动是指在没有外力的情况下，结构物在其自身的固有频率下发生的振动。
基于自由振动的方法通过测量结构物在自由振动下的振动响应，来计算结构阻尼系数。
具体测量步骤如下:(1)在结构物上施加一个小的激励力，使其发生自由振动。
(2)使用振动传感器测量结构物在自由振动下的振动响应。
(3)通过对振动响应数据的处理，计算得到结构物的阻尼比，从而得到结构阻尼系数。
基于自由振动的方法测量结构阻尼系数的优点是测量简便，不需要大量的设备和人力资源，可以在实际工程中广泛应用。
但是其缺点也很明显，由于自由振动的激励力较小，所得到的数据精度较低，同时受到环境噪声和结构物本身的材料和形状等因素的影响，因此其测量结果的准确性有限。
2.基于强迫振动的方法强迫振动是指在外力的作用下，结构物发生的振动。
基于强迫振动的方法通过施加一个已知的外力，来测量结构物在强迫振动下的振动响应，从而计算得到结构阻尼系数。
具体测量步骤如下:(1)在结构物上施加一个已知的外力，使其发生强迫振动。
(2)使用振动传感器测量结构物在强迫振动下的振动响应。
(3)通过对振动响应数据的处理，计算得到结构物的阻尼比，从而得到结构阻尼系数。
基于强迫振动的方法测量结构阻尼系数的优点是测量精度高，可以准确地测量结构物在不同频率下的阻尼比，同时可以通过改变激励力的大小和频率来获得更多的数据，提高测量的准确性。
但是其缺点是需要较为复杂的设备和技术支持，成本较高，同时需要在实验室等特定环境下进行测量，不太适用于实际工程中的应用。
船舶耐波性试验
船舶耐波性试验
船模试验
实船试验
1 。静水中摇荡试验
2。规则波中的运动试验：运动频响Y（w ）
横摇（横浪） 纵摇、升沉（迎浪） 六自由度运动
2 。动力校准 确定其对纵轴或横轴的质量惯性矩
船模尺度选择
五、池壁效应 船模运动的兴波向池壁扩散并将反射回来
干扰船模边缘的波浪，影响到原来波峰与波谷 的位置，从而使船模运动发生改变。
六、船 模尺度选择 尺度的选择要慎重考虑，应根据 池壁效应 、
造波机的波长范围 、池长、车速等因素来确定。 通常船模长度在 2 到4 米。
尺度比 2 。运动相似 （对应点速度值同一比例）
3 。动力相似 （对应点的力的比值相同）
船模试验的相似条件
二、动力相似分析
次要作用
动力相似
主要作用
粘性力相似 雷诺数 相等
重力相似
惯性力相似
傅汝德数 相等 斯图罗哈数 相等
船模试验的相似条件
三、船模与实船各相同量之间的对应关系
船模试验的相似条件
四、质量分布相似 （静力校准和动力校准） 1 。静力校准 确定重量和重心位置
1 。船模在波浪中阻力的测量方法 试验结果表达为曲线
阻力增量
船模宽
波幅 船模长
阻力增量与波高的平方成比例
船模在波浪中的运动和增阻试验
2 。波浪中实船阻力增量的平均值预估
由于：
船模在波浪中的运动和增阻试验
2 。波浪中实船阻力增量的平均值预估 不规则波中阻力增量平方根的谱密度为：
舰船耐波性试验规范
舰体波浪载荷需测记下列项目： a．中横剖面左右舷(甲板边板或舷侧顶板)的应力 b．沿纵向左舷或右舷甲板边板处的应力；
c．重负荷处的应力分布； d．艏底部的砰击压力； e．局部结构应力。 5.6 艇体波浪载荷
艇体波浪载荷需测记下列项目： a．同 5.5a； b．同 5.5b； c．指定位置上的冲击加速度； c．指定位置上的冲击压力； e．重负荷处的应力分布。
5 试验项目
5.1 波浪 用测波仪测量波浪，在罗经上判断浪向并记录。
5.2 相对风向和风速 用风速仪测量风速和风向的平均值并记录。
5.3 航速 在 GPS 接收机上读取航速并记录。
5.4 舰船运动 舰体运动需测记下列项目：
a．舰体纵摇角； b．舰体横摇角； c．指定位置上的舰体垂向运动加速度。 5.5 舰体波浪载荷
5.7 其他测量项目 其它测量项目包括除 5.1～5.6 之外的选测项目，包括：
a．艏摇角，艏摇角速度、横摇角速度，纵摇角速度，及相应的角加速度； b．垂荡，船艏相对波面的运动，舰体水平加速度； c．波浪中桨轴扭矩、推力和转速； d．艏底部出水频率和砰击频率； e．砰击时的冲荡应力，艏部外飘部的砰击压力。
14 船舶耐波性试验概要
以容易地求得一定速度下不同波长时波浪上的阻力增量△Rw=Rw Rs，其中Rw是波浪中船模的总阻力，Rs是静水中阻力。
试验的结果通常表达为K△R～ωe 曲线，如图14-15 所示。K△R为阻 力增量△Rw的无因次系数，可表达为
但是，若阻尼与横摇角速度不是线性关系，则直接由衰减曲线求 2就比较困难。为此，引入消灭曲线=f(m)求无因次衰减系 数。
由衰减曲线可方便地求出消灭曲线，如图14-7所示。其中 =i-i+1，m =(i+i+1 )/2 当阻尼为线性规律时，由式(11-53 )得:
二、静水中强迫横摇试验
力，因此船模在波浪中拖曳时的阻力比船模在静水中拖曳
时的阻力大为增加。这部分增加的阻力称之为波浪中的阻 力增量，它是由在波浪中拖曳航行的船模总阻力减去相同 速度下船模在静水中拖曳航行时的总阻力而得。
船模在波浪中与静水中阻力的测量方法一样，可以用通常 的阻力仪测量。图14-12 为用悬挂重量法测量在波浪中船 模阻力的示意图。阻力与垂荡、纵摇运动的测量是同时进 行的。船模的拖曳点应放在重心G 上，并使拖曳的钢索尽 量放长，以免纵摇运动引起阻力的误差和减小垂荡运动引 起的阻力误差。
冲箱式造波机是由冲箱和曲柄连杆机构组成的。冲箱 横剖面的形状如图14-8 (a) 所示，曲柄连杆机构的作用 是使冲箱作近似于简谐运动的垂直振荡运动。波浪由冲箱 的凸面产生，而在平的一面实际上不产生波浪。
图14-8 造波机 (a) 冲箱式; (b) 摇板式; (c)气动式 1-调节阀门; 2-压力可以变化的钟; 3-鼓风机
水池试验---孤波
水池试验---不规则波
Seakeeping Tests
Ponce Vessel Seakeeping
舰船耐波性试验规范
2 试验目的
测定舰船耐波性能；寻求实船试验与模型试验的相关性；检验理论预报的精度和可 信度；寻求减缓舰船摇荡运动的有效措施。
3 试验仪器、设备
3.1 保证船 试验时必须提供保证船，该船应能在试验所要求的浪级下安全航行并履行其工作职
责。 3.2 测试用仪表
测试用仪表应按国家计量法的规定经过计量检定合格并处在规定的有效周期内，其 量程和精度与试验检测的要求相适应。
试验前后应对所有仪器仪表检查、校验和标症。在试验现场待试期间应保持良好状 态。 3.3 测试仪表的安装
测试仪表应按照测试项目的要求及有关操作规程安装在合适的位置上，并注意防 潮。防止在试验过程中因松动、振动及外界环境等因素影响测试结果的正确性。陀螺仪 应安装在船体重心附近。
7 试验结果的分析和评定
7.1 舰体运动和波高幅值的统计值与其均方根值间的关系 舰体运动和波高幅值的统计值按式(1)计算：
X m = Kf m0 ………（１） 式中：Xm――舰体运动和波高的单幅统计值。对于波高，单位为m；对于纵、横角，单 位为（°）；对于垂向运动加速度，单位为m/s2；
船舶耐波性总结2
船舶耐波性总结第一章耐波性概述一、海浪的描述、、。
船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。
二、6个自由度的摇荡运动船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。
而这些运动中又有直线运动和往复运动垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。
船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。
产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。
三、动力响应船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。
剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：1）、对适居性的影响；2）、对航行使用性的影响；3）、对安全性的影响；船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。
第二章海浪与统计分析2-1 海浪概述风浪的三要素：风速、风时、风区长度。
风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。
充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。
海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。
风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。
A 0=cos kx -t ξξω（）A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。
在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：≈ 2=1.56T λ； c==1.25T λλ； 2=T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。
但是水质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。
余弦波单位波表面积的波浪所具有的能量2A 1E=g 2ρξ2-3不规则波理论基础一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。
阻尼系数的测定
动的影响也成为人们比较关心的问题之一．在实验上传统测定的方法［1］112-116 是通过利用半衰期或利用阻尼
振动曲线求出阻尼振子的对数减缩率来 Α 求出时间常数 τ，从而求出阻尼系数.在本文中我们利用 Matlab
对实验数据进行拟合得到拟合曲线与理论曲线比较的方法求得相应的物理量.测量过程简单易行且数据可
正向最大速度的拟合曲线, 点划线为负向最大速度
曲线,点线为正向最大速度的拟合曲线,点划线为负
的拟合曲线.
向最大速度的拟合曲线.
3 总结 我们之所以利用通过平衡位置光电门的速度求上述各量，是因为在实验中准确测量振幅的衰减比较
困难，而测量速度却利用光电计时器很容易，并且不需要火花记录仪． 在此实验设计中，从理论上编程到 实验数据测量，可以将理论知识与实验有机统一起来． 上述方法可以容易地推广到其他情况下粘滞系数的 测定（比如存在磁阻尼的情况和单摆的情况），均可得到很好的结果．
（编辑 杨乐中）
（上接第 3 页）
参考文献 ［1］杨述武，赵立竹，沈国土，等．普通物理实验 1：力学、热学部分［M］．第四版．北京：高等教育出版社．2007. ［2］谢晓，王祝盈，顾萍萍，等．气垫导轨上的磁阻尼效应实验［J］．物理实验，2005，25（11）：45－47． ［3］宋五洲，何兆剑，王承彦．计算机辅助受迫振动实验［J］．物理实验，2004，24（12）：36－38．
Measurement of Damping Coefficient GONG Jian-ping
（School of Physics & Electronic Engineering, Jinzhong University, Jinzhong 030600, China） Abstract：Through the numerical method, the damping coefficient was obtained by comparing the curve fitted from the experimental data to that from the analytical solution of the damped oscillator equation. This method is easy and can be generalized to the other similar system, which is valuable. Keywords：damped vibration; damping coefficient; determination
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
船舶耐波性能试验
—阻尼系数测量试验
学生姓名：
学号：
学院：船舶与建筑工程学院班级：
指导教师：
一、船模横摇试验的目的
上风浪中航行最易发生横摇，而且横摇的幅度较大，不仅影响船
员生活和工作的各个方面，严重的横摇还会危及船舶的安全乃至倾覆失事。
因此，在有关耐波性的研究中，首先关注的是要求设计横摇性能优良的船舶。
由于船舶在波浪中横摇运动的复杂性，理论计算尚未达到可用于实际的程
度，因而模型试验是目前预报船舶横摇最可靠的方法。
本教学试验由下列两部分组成，即：
1．船模在静水中的横摇衰减试验，目的是确定船的固有周期以及作用在船
体上的水动力系数，如附连水惯性矩及阻尼系数等。
据此可根据线性运动方程计算船舶在风浪中的横摇频率响应曲线。
2．船模在规则波中的横摇试验，目的是确定船的横摇频率响应函数，可用
于预报船舶在中等海况下的横摇统计特性，对于高海况的预报数值则偏高，这是由于非线性影响的缘故。
二．实验原理
通过《船舶原理》课程的学习，我们知道船舶的横摇运动方程可以表示为：
式中，表示横摇角、横摇角速度、横摇角加速度；Ixx’表示船
舶在水中的横摇惯性矩，等于船舶在空气中的横摇惯性矩Ixx 与船舶在水中的横摇附加惯性矩之和；N为阻尼力矩系数；D为排水重量；h为横稳性高度；αm0为有效波倾；ω为波浪圆频率。
引入横摇衰减系数γ和横摇固有（圆）频率ωФ
ωФ2=Dh/Ixx’
横摇运动方程可以写成:
静水中自由横摇
考虑船舶在初始时刻浮于静水面上，并伴有一个静横倾角φ0，但不受波浪的作用，该船舶随后将作自由横摇运动，其表达式可以写成
式中，无因次衰减系数μ和相位超前角β为
自由横摇幅值随时间成指数规律衰减，而横摇角随时间成余弦
变化规律。
余弦函数的周期为2π，当每增加2π时，横摇完成一个摇摆，对应的时间间隔为自由横摇周期TФ’，即：
ωФ’ TФ’=2π
或上式中的
表示水阻尼对横摇周期的影响，实际上阻尼对周期的影响很小。
若不考
虑水的阻尼，则=0，式（6）对应的自由横摇周期即为横摇固有周期。
若对于阻尼相当大的船取u=0.1，根据上式有： TФ’=1.005 TФ
由此看出，阻尼只是稍微增大了船的横摇固有周期。
由于阻尼对运动周期的影响很小，因此可认为船舶在静水中的自由横摇周期就代表船的横摇固有周期。
图1 横摇衰减曲线
作为静水中自由横摇运动的一个例子，图1给出了表达式(4)所示的一个具体的理论曲线。
试验测得横摇衰减曲线后，在衰减曲线上按时间先后次序依次读取横摇幅值系列ФA0,ФA1,ФA2………. ФAn,ФA(n+1).........,然后计算出相邻幅值之间的差值ФA和平均幅值ФAM
ФA=ФAn-ФA(n+1)
ФAM=1/2(ФAn+ФA(n+1))
绘制ФAM~ ФA的关系曲线，即消灭曲线。
通常，无因次衰减系数μ的值在0.1左右，此时在线性阻尼假设下:
ФA=μФAm
这样，根据衰减曲线和消灭曲线就可以确定横摇方程中的参数ωФ和μ(或v)。
一般说来，横摇阻尼具有非线性，从消灭曲线上可以发现其非线性并能分析
出横摇运动的线性和平方阻尼系数。
在线性阻尼假设下，自由横摇运动从t1到 t2=t1+ TФ’/2半个周期时间间隔内，横摇幅值的绝对值的变化为：
如果考虑到TФTФ’，则得到
由上式可看出，在线性阻尼假设下，每半个周期的自由横摇周期幅值按公差e-μπ的几何级数衰减。
无因次衰减系数μ=γ/ωФ越大。
横摇衰减越快，反之亦然。
无因次衰减系数μ是表征横摇性能的重要参数，μ越大，自由横摇衰减越快，规则波中的频率响应函数就越小，特别是对谐摇区的影响最为显著。
故在传播设计中总是希望μ尽量大。
三、实验前的准备工作
1．水池的准备工作主要是确定造波机需要制造的一系列（10~12 个）规则
波的波长及其相应的波高。
波长范围一般是根据初步估算的横摇固有周期选定。
2．船模的准备工作除与阻力试验一样，将船模的压载调整至所需要的状态
（排水量和首尾吃水）外，还需调节船模的重心高度和模摇惯性矩。
对于船模重心高度和惯心矩的调整可在比较简便的刀口架设备上进行。
将
压载等已经调整好的船模（包括装在船模内的测试仪器），悬挂在刀口上，如图2 所示。
图 2
四、实验图
由实验图可以看到船模在规则波中的横摇情况。
五、试验数据的分析
节好的船模放在水池中合适的位置，便可以进行在静水中的横摇衰减试验和在规则波中的横摇试验，对试验数据的分析整理是：
将相邻的两个摇幅依次相减，求出每次摆动中的衰减角 摆至另一边的 θk+1，摇幅已减少，即为： 再将一次摆动的摇幅平均，得到代表这次摆动幅度大小的平均摇幅 将对应的θm 及 △θ 绘制在坐标纸上，横坐标 θm ，纵坐标△θ 。
得到的曲线即为横摇消灭曲线，代表了横摇衰减的情况，也表示了阻尼的情况。
其中，
根据上表可绘制消灭曲线为下图：
由θk+θk+1=2θm ，θk-θk+1=Δθ 可以得θk+1=θm+（Δθ÷2） θk=θm-（Δθ÷2），而 直线斜率k=Δθ÷θm 所以可以推得：
由图知k=0.0511，所以无因次衰减系数μ=0.01627
k
θ2
1
k k m ++=
θθθ1
k k
+-=∆θ
θθk
k +--=22ln
1πμ。