第5章_船体局部振动

第5章

船体局部振动

局部振动：

船上各种局部结构的振动，包括梁、板、板格、加筋板和板架，大到船舶的机舱、上层建筑以及整个尾部区域，还有船舶设备(桅杆)、附体(艉轴架)等的振动。

船体局部振动与船体总振动总是互相耦合并一起发生的。

局部振动与总振动的耦合：

局部振动系统有效参与质量远小于船体总振动质量，两者耦合较小。

局部振动的计算或预报：

• 首要的、大量的工作一般是确定局部结构的模态特性，即确定固有频率和固有振型。

•有时也要计算振动响应。

•分析的方法既可以采用解析的方法或近似的方法，也可以采用有限元的方法。对各种复杂的船体局部振动，有限元方法称为当然的选择。

第5章：船体局部振动

第一讲：

第讲

上层建筑的振动

上层建筑结构的整体振动：

将上层建筑结构视为一个整体所发生的三种

体

上层建筑振动振动模态：纵向振动、横向振动和扭转振动。

【1】

上层建筑范围内各层甲板结构、围壁结构和

上层建筑结构的局部振动：

舱壁结构的振动。

①采用艉楼的布置设计。

靠近船舶的两个主要振源(螺旋桨和主机)。②为了减小驾驶盲区上层建筑往往【2】

现代船舶的上层建筑

设计的趋势和特点为了减小驾驶盲区，上层建筑往往设计的高而短。——纵向刚度偏低。

③为了降低上层建筑舱室内的噪声污

染常采用将上层建筑与机舱棚烟囱染，常采用将上层建筑与机舱棚、烟囱

分离的形式。——整体纵向频率降低。

上层建筑的整体振动形式中，纵向振动是最受关注的。

【3】上层建筑纵向振动频率估算

• 在船舶设计的早期阶段，常通过简单的计算来估计上层建筑的固有频率，以便错开其激励频率。

• 上层建筑整体纵向振动固有频率一般在6~15H Z。

与高阶船体垂向总振动的模态会有一定程度的耦合，但是，在上层建筑纵向振动频率估算时，可以不考虑它们之间的耦合作用。

1、简化的理论计算方法：

• 理论和试验研究表明，影响上层建筑整体纵向固有频率的主要要素是上层建筑的剪切和弯曲刚度、上层建筑的质量及其分布以及主船体对上层建筑的支撑刚度。

1、简化的理论计算方法：P168-169

• 同时考虑纵向弯曲与剪切变形并存、以及上层建筑后端支撑刚度的一种振动模式。

2、方案设计阶段的估算方法：P169-170

• 广渡智雪根据大量实船上层建筑的数据提出的如下近似估算法。

①将上层建筑按构造型式分为以下四种类型。

A型——上甲板以上的上层建筑B型——在长甲板室以上的三层或四和烟囱完全分离的独立形式；层上层建筑和烟囱并列的独立布置形式；

2、方案设计阶段的估算方法：P169-170

• 广渡智雪根据大量实船上层建筑的数据提出的如下近似估算法。①将上层建筑按构造型式分为以下四种类型。

C 型——在一层长甲板室以上的四

D 型——上层建筑和烟囱在上甲板之层或五层上层建筑和烟囱并列的独立

布置形式。上或长甲板之上称为整体的形式。

2、方案设计阶段的估算方法：P169-170

• 广渡智雪根据大量实船上层建筑的数据提出的如下近似估算法。

②确定需要计算的上层建筑形式，根据图中振动部分(即阴影线

部分)的高度，便可以从图上的曲线上直接查得固有频率值。

2、方案设计阶段的估算方法：P169-170

• 以上误差的方法，70%的结果与实船测试频率的误差在10%以内，其余的都在20%以内。简单有效，适合于设计初始阶段估算。

【4】上层建筑整体振动的有限元计算方法

1、计算模型

1计算模型

• 上层建筑整体振动的固有频率和固有振型取决于上层建筑的剪切刚度、弯曲刚度、扭转刚度以及主船体对于上层建筑的支撑程度。

常见的有限元模型①

• 包括整个船体尾段在内的

上层建筑三维有限元模型。

特点：计算工作量较少，

没有考虑耦合影响，

不能计算上层建筑振动响应。

【4】上层建筑整体振动的有限元计算方法常见的有限元模型②

• 全船三维有限元模型。

特点：考虑全面，计算准确，

工作量大。

*工程应用较多，既可以进行模

态分析，又可以进行响应分析。

【4】上层建筑整体振动的有限元计算方法

2响应计算• 上层建筑整体振动响应时船体总振动与上层建筑整体振动响应合2、响应计算

成的结果，因此必须采用包括上层建筑在内的全船的计算模型。左图是1900TEU集装箱

船上层建筑振动响应

计算的测量点视图

【4】上层建筑整体振动的有限元计算方法2、响应计算

2响应计算

左图船舶在阶激振力作用

左图船舶在一阶激振力作用

下，图中计算点1的一种典

型的速度—频率响应曲线

【4】上层建筑整体振动的有限元计算方法

2响应计算• 用有限元法计算振动响应，常采用直接积分法和振型叠加法(模2、响应计算

态叠加法)。和船体总振动响应计算想类似。

首先，计算出船体总振动和上层建筑振动的固有频率和固有振型；其次，需要计算激励。

螺

主除此之外，旋

机确定计算上层建筑响应的振动阻尼。

桨

激

振

的不平力衡

力

矩

【4】上层建筑整体振动的有限元计算方法

2、响应计算

2响应计算

• 在船舶工程中，一般需要对船舶的两种运行状态——压载状态和满载状态进行振动响应分析。在振动计算时，壳板外侧附连水以及液货舱内侧附连液体采用有限元法和边界元法交互作用计算。