第5章_船体局部振动
船舶振动及减振措施探讨
船舶振动及减振措施探讨船舶是一个自由漂浮在水中的弹性体，只要螺旋桨或主机工作，总是会引起船体不同程度的振动。
轻微的振动是允许的，也是不可避免的。
但船体振动过大会导致船体结构产生疲劳破坏，影响船上设备和仪器的正常工作，降低使用精度，缩短使用寿命，严重时还会导致船体断裂乃致沉没；同时船体振动还严重影响着船员和旅客的居住舒适性、船员的工作效率和身体健康。
船舶振动不但与其振源有关，而且与船舶总布置、尾部线型和船体结构直接有关。
而激起船体振动的主要振源（也称激励源）是螺旋浆和主机，它们在运转时将激起周期性干扰力，使船体发生稳态强迫振动，若激励幅值过大或引起了共振，就会产生剧烈的振动。
一、船舶振动产生的原因船体振动分总振动和局部振动，总振动较少出现，而局部振动则较为普遍。
船舶振动产生的主要原因有以下几个方面：（一）线型：因为尾部线型对伴流的分布起决定性作用，直接影响螺旋桨来流和去流产生漩涡、伴流等方面的状况，这些都直接与船体振动有关。
（二）船体结构：如船体结构布置、构件取材不合理、刚度不足、结构不连续，这些都会使船体板格固有频率太小，或产生应力集中和惯性矩不能满足要求，特别是若机舱、尾部结构不合理或板材、构件取材太小，刚度不足；另外，甲板开口宽度超过3/4B的内河浅水大开口船，在航行中产生较大扭矩，使轴系偏移，也都会引起船体振动。
（三）螺旋桨的选择及与船体线型匹配。
螺旋桨诱导的表面力和空泡是导致剧烈尾振的原因，而这两者又与螺旋桨的设计如桨叶的倾斜度、盘面比、螺距、厚度分布和叶片数等有关，因而螺旋桨的选择直接影响到船体振动；同时螺旋桨与船体线型是否匹配、间隙是否足够，均与船体振动密切相关，因为若螺旋桨与船体、尾柱、舵托、舵之间的间隙太小，螺旋桨诱导的脉动压力将会剧增，加上伴流不均匀，使螺旋桨的激励力较大，使尾振加剧。
（四）主副机的选择。
因为柴油机运转时作用在船体上的周期性干扰力主要有两种，一是运动部件的惯性力产生的不平衡力和不平衡力矩；二是气缸内气体爆炸压力产生的对气缸侧壁的侧向压力和倾复力矩；若主副机选择不当，会使以上两种周期性干扰力增大，使船体产生强迫振动。
船体振动学课程教学大纲
船体振动学课程教学大纲课程代码：74120280课程中文名称：船体振动学课程英文名称：Ship hull vibration学分：3.0 周学时：3.0-0.0面向对象：预修要求：理论力学、材料力学、线性代数、数学物理方程、积分变换、电工学一、课程介绍（一）中文简介船体振动学是船舶与海洋工程技术专业的专业必修课。
课程内容由两部分组成。
第一部分是振动学基本理论（含单自由度振动系统、多自由度振动系统、连续体振动系统）。
第二部分是船体振动理论（含船体总振动、船体局部振动、船舶主要振源、船舶振动测试与评价）。
第一部分是核心，内容相对丰富。
数学上主要涉及二阶常系数微分方程与弦振动方程、傅里叶变换、频率响应函数等。
第二部分是基本内容，主要目的是培养学生理解从一般振动系统到船体振动的概念和现状，以及理论与实践的关系、科学计算与实验的关系。
最后，附加部分含非平稳外载荷谱估计、数据处理、分数阶振动等。
希望能激发学生对船体振动领域的兴趣。
（二）英文简介Ship hull vibration is a specialized and obligatory course for undergraduates majored in ship and ocean engineering. The course consists of two parts. The first part plays a key role in the course with contents relatively rich, including systems with single degree of freedom, multi-degree freedom systems, and vibrations of continuum systems. It relates to, in mathematics, differential equations of second order with constant coefficients, beams as a main object from a view of mechanics, and frequency transfer functions in dynamical analysis. The second part is for understanding the profile of ship vibrations globally and locally, with the focuseson the relationships between theory and practice, between scientific computations and testing, between science research and references or standards with respect to wave-induced ship hull vibrations. The additional part, finally, is for practical knowledge in ship vibrations, such as spectrum estimation of nonstationary loading, data processing in vibrations, fractional vibrations and so forth.二、教学目标（一）学习目标本课程涉及学科较多（材料力学、理论力学、船舶结构力学、高等数学、工程数学、数据处理、信号处理等）。
船体振动 绪论
Hull VibratIon
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0.1 振动问题的分类
绪论
3、按产生的原因（激励特性划）分： 按产生的原因（激励特性划） 自由振动－没有外部激励，或者外部激励除去后， 自由振动－没有外部激励，或者外部激励除去后， 系统自身的振动。 系统自身的振动。 受迫振动－ 受迫振动－系统在作为时间函数的外部激励下发 生的振动，这种外部激励不受系统运动的影响。 生的振动，这种外部激励不受系统运动的影响。 自激振动－ 自激振动－系统由系统本身运动所诱发和控制的 激励下发生的振动。 激励下发生的振动。 参激振动－ 参激振动－激励源为系统本身含随时间变化的参 这种激励所引起的振动。 数，这种激励所引起的振动。
简谐振动的表示
图描述了用正弦函数表示的简谐振动， 图描述了用正弦函数表示的简谐振动，它可看成是该图中左 边半径为A的圆上一点作等角速度 的运动时在x轴上的投影 轴上的投影。 边半径为 的圆上一点作等角速度ω 的运动时在 轴上的投影。 如果视x为位移， 如果视 为位移， 则简谐振动的速度和加速度就是位移表达 为位移 式关于时间t的一阶和二阶导数， 式关于时间 的一阶和二阶导数，即 的一阶和二阶导数
1 令 ω = (ω 1 + ω 2 ) 2
ω 2 − ω1
2
)t sin(
ω 2 + ω1
2
)t
δω = ω 2 − ω 1
δω
t sin ωt
2 式中的正弦函数完成了几个循环后，余弦函数才能完成一个
循环。这是一个频率为 ω 的变幅振动，振幅在2A与零之间缓 慢地周期性变化。 它的包络线
x = 2 A cos
Hull VibratIon
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0.1 振动问题的分类
10000TEU集装箱船机舱甲板局部振动分析计算
江苏科技大学本科毕业设计（论文）江苏科技大学本科毕业论文学院机电与汽车工程学院专业热能与动力工程学生姓名陈阳班级学号1145521209指导教师包振明二零一五年六月江苏科技大学本科毕业设计（论文）江苏科技大学本科毕业论文10000TEU集装箱船机舱二甲板局部振动计算The 2nd Floor of the Cabin’s Local Vibration Calculation of 10000TEU Container Vessel江苏科技大学本科毕业设计（论文）江苏科技大学毕业论文（设计）任务书学院名称：机电与汽车工程专业：热能与动力工程学生姓名：陈阳学号：1145521209 指导教师：包振明职称：讲师江苏科技大学本科毕业设计（论文）2015年3月12日江苏科技大学本科毕业设计（论文）江苏科技大学本科毕业设计（论文）江苏科技大学本科毕业设计（论文）摘要集装箱船越来越受到国际运输市场的青睐，已经成为国际船舶航运市场中的主要船型之一。
作为一种特殊的船舶类型,它的中部设有一个大的开口，直接影响到了它的结构刚度，所以集装箱船的振动问题更加突出。
船上的很多振动问题都是由船体的局部振动产生的。
本文对10000TEU集装箱船机舱的二甲板结构进行局部振动数值仿真计算。
使用有限元软件ANSYS进行模态分析,计算机舱二甲板的各阶的固有频率和振型。
首先针对机舱第二层结构构建计算机模型，然后进行网格划分，创建三维有限元模型。
板（壳）、梁等单元都在有限元模型中采用。
本论文的内容是关于船体结构局部振动的计算，采用ANSYS有限元进行分析，对机舱二甲板结构的局部振动建模并求解，确定机舱二甲板的各阶固有频率和振型。
计算结果表明，10000TEU集装箱船的机舱二甲板结构局部振动的有限元计算结果是可靠的。
关键词：集装箱船；局部振动；有限元；固有频率；振型I江苏科技大学本科毕业设计（论文）AbstractThe container ships are more and more getting in the favor of international transport markets. Many vibration problems on board are local vibration generated by the hull. In order to calculate the local vibration of the third floor of the cabin, finite element analysis software ANSYS is used.However, as a special ship, it features with a large opening directly affects its structural stiffness. In addition, the deck stack the multi-layer containers on, which will cause the height of superstructure is also increased and reduce the stiffness of superstructure. So, for the container ships, its vibration problem become more prominent.In this paper, the vibration of the second deck of 10000TEU container ship is studied, through the finite element software ANSYS. Firstly, the finite element model of a second layer structure for the cabin is built. Shell and beam are used. In the hull of local vibration, finite element software ANSYS is used. The natural frequency and modal shape of the 2nd cabin’s deck is calculatd. Results show that the second deck of the 10000TEU container vessel cabin’s local vibration are accurate.Keyword: container ship；local vibration；finite element；natural frequency；model shapeII江苏科技大学本科毕业设计（论文）目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 论文的研究背景和意义 (1)1.2 船体局部振动概述 (2)1.3 船体局部振动国内外研究现状 (3)1.4 本文研究的主要工作以及思路 (5)第2章有限元理论介绍 (6)2.1有限元法的介绍 (6)2.1.1 有限元法的分析过程 (6)2.1.2 有限元法的分析特点 (7)2.1.3 有限元法的基本步骤 (7)2.2 有限元建模的重要性 (8)2.3 有限元建模的基本原则 (8)2.4 有限元法的发展趋势 (9)第3章船舶规格及建模 (10)3.1 船舶规格 (10)3.2 已知参数 (11)3.3 模型分析方法 (12)3.4 有限元模型的建立 (13)3.5 网格划分 (18)第4章局部振动计算分析 (19)4.1 机舱三甲板的固有频率计算和分析 (19)4.2 频率储备和验收标准 (20)4.2.1 频率储备 (20)4.2.2 验收标准 (20)4.2 4.3局部振动的模式形状 (20)结论 (32)III江苏科技大学本科毕业设计（论文）致谢 (33)参考文献 (34)IV第1章绪论1.1论文的研究背景和意义船作为一个复杂的弹性结构,在海里,船体结构将不可避免地产生不同程度的振动,甚至有害的振动。
船体振动复习
船舶振动复习一、名词解释1.共振：振幅不断增大而趋于无穷的现象2.拍振：振幅变化后的频率是一个小值，因而振幅变化的周期是一个大值，这种振动称为拍振。
3.动力放大系数：振幅与在激振力静态作用下产生的位移的比值。
4.相对阻尼系数：系统实际阻尼系数与临界阻尼系数的比值ζ=C/Cc5.强迫振动：系统由于外界持续激振力所引起的振动。
6.主坐标：描述固有震动的独立变量7.固有振型：表示系统在意Wi的频率做自由振动时，各物块振幅的相对大小[称之第i阶段主振型或主模态]8.正则振型：固有振型Pr乘上一个常数C(r)之后，令ϕr t Pr，满足ϕr t Mϕr=1，此时固有振型Pr 就称为正则振型9.梁的横向振动：细长杆作垂直于轴线方向的振动。
10.节点：在梁的各谐调固有振型上，总是存在着若干在主振动时静止不动的点。
11.状态矢量：各个部件连接点处状态参数所构成的列阵12.船体总振动：指将船体视为一个整体的船体总体振动13.附连水质量：相当于有一部分舷外水与船体一起振动，这部分舷外水的质量称为附连水质量。
14.螺旋桨脉动压力：螺旋桨转动时经水传至船体表面的脉动水压力螺旋桨表面力：螺旋桨脉动压力沿船体表面的积分值。
螺旋桨轴承力：由于伴流在周围分布的不确定性，使作用在桨叶上的流体力发生变化而引起的激振力。
因为它通过桨轴和轴承作用于船体，故称轴承力。
15.叶频：叶片每转过一个大小等于两叶片夹角的转角时，螺旋桨便重复一次受力情况。
所以表面力和轴承力的频率等于叶数与桨轴转速的乘积，即叶频。
16.反共振：使减振器的固有频率与主系统的工作频率（激振力的频率）相等，则主系统的振动将被消除。
17.二、简答题1.简述迁移矩阵法的基本原则答：基本原则是将复杂的弹性系统分解为一些具有简单的弹性与动力性质的部件，再将这些部件的结合点处作为考察点，根据不同问题的要求，列出结合点处后状态矢量，并利用振动时弹性系统各部件之间的传递关系，列出迁移矩阵，利用弹性系统的边界条件，最终求得系统振动时的数值解。
第五六七章 船体局部振动、主要振源、振动评价防振与减振
2019/12/18
上层建筑局部振动的有限元法
板梁组合模型： 用板单元来描述甲板板和桁材(强横梁 和纵桁)； 用空间梁单元来描述扶强材(纵骨和普 通横梁)。
2019/12/18
5.2 板的振动
对矩形平板来说： 一般只有特定的边界条件（四边自由支持），才 能求得精确解； 其它情况均可采用近似方法（有限元法）求解。
对于实船来说，板的边界条件的确定较困难。 实测表明，绝大部分的船板其测量值介于四边简 支板和四边刚性固定板的计算值之间； 且大多偏向于简支计算值； 因此，在船体振动计算中，常近似地取为四边简 支。
2019/12/18
5.2 板的振动
船体外板一般都承受中面力作用，中面拉力使船板的 固有频率_____，而压力则使船板的固有频率_____。
甲板板或船底板在中拱或中垂的不同状态下的固有频 率会产生相应的变化，进而也会影响到船板的响应。
影响船舶板中面应力的其它因素还有板架弯曲板的初 始挠度以及由焊接而引起的板的初始应力数值等，这 些影响具有一定的随机性。
2019/12/18
5.3 船舶上层建筑的振动
上层建筑总振动固有频率的计算方法： 经验公式； 有限元方法。
2019/12/18
上层建筑纵向振动频率的近似估算
上层建筑纵向振动的第一阶固有频率估算(P168)：
1 f2
1
f
2 a
1
f
2 b
f
f
2 a
1
fa fb
2
K—上层建筑后端的弹性支承刚度(N/m)，取决
船体振动智慧树知到答案章节测试2023年华中科技大学
绪论单元测试1.要产生振动，需要（）。
A:时变作用B:空气C:弹性D:质量答案:ACD2.属于振动的是（）。
A:敲鼓B:钟摆C:心脏搏动D:说话时的声带答案:ABCD3.已知船体结构的动态特性，计算在输入作用下的输出。
属于（）。
A:系统识别B:响应分析C:环境预测D:系统设计答案:B4.在已知外界激励下设计合理的船体系统参数，使系统的动态响应或输出满足要求。
属于（）。
A:系统识别B:响应分析C:系统设计D:环境预测答案:C5.已知系统的输入和输出，求出船体系统的参数。
属于（）。
A:系统识别B:系统设计C:环境预测D:响应分析答案:A6.在已知系统的响应和系统参数的条件下，预测系统的输入。
属于（）。
A:系统识别B:系统设计C:环境预测D:响应分析答案:C第一章测试1.在下图所示的结构中小球质量为m，梁的质量忽略不计，梁的长度为L，截面惯性矩为I，材料的弹性模量为E。
若要使小球的自振频率ω增大，可以（）。
A:增大IB:减小EC:增大mD:增大L答案:A2.如图a所示，梁的质量忽略不计，小球的自振频率；若在小球处添加刚度为k的弹簧，如图b所示，则系统的自振频率ω1为：（）。
A:B:C:D:答案:D3.单自由度系统自由振动的幅值仅取决于系统的（）。
A:固有频率B:质量C:初速度和初位移D:刚度答案:C4.已知某单自由度系统质量为m，刚度为k，阻尼系数为c，阻尼因子为ξ。
若令系统刚度为4k，则下列说法正确的是（）。
A:新的阻尼因子为1/2 ξB:新的阻尼因子为1/4 ξC:新的阻尼系数为1/2 cD:新的阻尼系数为1/4 c答案:A5.单自由度系统只有当阻尼比时，才会产生振动现象。
（）A:ξ<1B:ξ≤1C:ξ>1D:ξ=1答案:A6.已知结构的自振周期T=0.3s，阻尼比ξ=0.04，质量m在y0=3mm，v0=0的初始条件下开始振动，则至少经过个周期后，振幅可以衰减到0.1mm以下。
（）A:14B:13C:12D:11答案:A7.速度导纳的单位是（）。
船体防震及减振船体振动设计流程
船体防震及减振船体振动设计流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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船体振动学
1.系统的自由度：确定振动系统运动所需的独立坐标数目即为系统的自由度数。
2.广义坐标：这种确定系统在空间位置的独立参变量称为广义坐标。
3.线性振动：在这些条件下，系统的振动可以用常系数线性微分方程来描述，称为线性振动。
4.自由振动：系统对初始激励的响应通常称为自由振动。
5.强迫振动：对外部作用力的响应称为强迫振动。
6.干摩擦阻尼力：当系统与外界的固体相接触运动时，即产生摩擦阻力，称为干摩擦阻尼力。
7.粘性阻尼力：它是系统与外界粘性流体接触时，在速度不高的情况下所产生的阻尼力。
8.流体动力阻力：当系统与外界的粘性流体接触，且速度较高，并在粘性较小的流体中运动时，即发生与速度平方成正比的阻力，称为流体动力阻力。
9.材料内阻尼力：是因为实际材料并不是完全弹性而引起的，又称材料的非弹性阻尼。
10.结构内阻尼力：是因为系统本身结构装配或连接而引起的。
11.准周期振动：这种由于振动系统受到阻尼力作用，造成能量损失而使振幅逐渐减小的振动称为衰减振动，或称为准周期振动。
12.均匀直梁弯曲自由振动的特性：（1）均匀直梁是具有分布质量及抗弯刚度的无限自由度系统（2）固有频率和固有振形是结构的固有特性，不仅与材料的性质、结构的刚度等因数有关，而且还和边界条件有关（3）当梁作任一主振动时，类似于单自由度系统的振动（4）在所讨论的线性振动范围内，均匀直梁弯曲自由振动是无限多个主振动的线性叠加，梁中任一点的运动则是各主振动所引起运动的总和。
（5）固有振形具有正交性，即各固有振形之间是相互独立的。
13.Timoshenko梁理论：一般的梁单元,是基于初等力学中的平截面变形假定,在这个假定中,实际上认为弯曲变形是主要的变形,剪切变形是次要的变形,因而可以不计,这对于高度远小于跨度的实腹梁来说,不会引起显著的误差,但对于有些空腹梁或都高跨比不是很小的梁来说,就不太精确了,所以有必要计及剪切变形，Timoshenko梁就是能考虑剪切变形的梁。
船体振动[高效]
![船体振动[高效]](https://img.taocdn.com/s3/m/a3c64bfa534de518964bcf84b9d528ea81c72f65.png)
1简述什么是共振现象,什么是拍振现象。
当激振力的频率与系统的固有频率相等时，振幅不断增大而趋于无穷的现象称为共振。
当激振力的频率与系统的固有频率相当接近，但并不相等，又会发生另一种现象，即系统的振幅时而增大，时而减小，该现象称为拍振现象。
2简述什么是固有振型。
在某一特定的初始条件下，系统的质量在振动时同时达到最大位移和同时通过平衡位置，或者系统的所有移动部分作同相位同频率振动时，各质量的位移存在着特定的比例关系，它表示了振动的状态，这种状态称为系统振动的固有振形。
3简述什么是主坐标，什么是主振动。
在系统的每一个固有振动中只有一个独立变量，因而表示一个固有振动只需要一个独立坐标，描述固有振动的独立变量称为主坐标。
在某一特定的初始条件下，系统的质量在振动时同时达到最大位移和同时通过平衡位置，或者系统的所有移动部分作同相位同频率振动，这种振动即为主振动。
（1）写出横梁振动的质量正交条件，及并解释其物理意义。
物理意义：由于横梁振动的所有主振动是彼此独立的，因此一个主振动的惯性力对其他主振动的挠度不做功。
（2）简述弹性体势能形式的正交条件，并解释其物理意义。
物理意义：由于横梁振动的所有主振动是彼此独立的，因此一个主振动的弹性力对其他主振动的弹性变位上不做功。
(3)简述什么是动力放大系数，并分别给出单自由度系统有，无阻尼时动力放大系数公式。
动力放大系数α是指动力所产生的最大动位移和将此动力的最大值视为静力时所产生的静位移的比值。
无阻尼时，有阻尼时。
(4)船体垂向振动附连水的计算公式为: ;-水平振动附连水的计算公式为: 。
4通常将船体振动分为总振动和局部振动。
5降低船体振动的主要原则是：低频振动时要避免共振，高频时要减小激振力。
6附连水对船体振动影响主要分为重力，阻尼，惯性。
7船体总振动的计算方法主要包括能量法，迁移矩阵法，有限元法。
较简便的方法是迁移矩阵法，较精确的方法是有限元法。
8对于船舶总体或局部结构的强迫振动，其大小除和激振力大小有关外，还和结构本身的刚度（弯曲和剪切刚度），质量和阻尼有关。
船舶振动学复习
自由振动——系统对初始激励的响应通常称为自由振动。
强迫振动——系统对外部作用力的响应称为强迫振动。
粘性阻尼力——系统与外界的粘性流体接触时，在速度不高的情况下所产生的阻尼力。
它与接触的材料无关，而与运动体的大小、形状及流体的粘性有关，其方向与运动方向相反，与振动体的运动速度成正比，又称线性粘性阻力。
流体动力阻尼力——系统与外界的粘性流体接触，且速度较高，并在粘性较小的流体中运动时，即发生与速度平方成正比的阻力，称为流体动力阻力或高次阻力，其方向与运动方向相反，又称为非线性粘性阻力。
材料内阻尼力——是由于实际的材料并不是完全弹性而引起的，所以又称为材料的非弹性阻尼力。
结构内阻尼力——由于系统本身结构装配或连接而引起的，比前者大得多以上两者属于内阻尼力，是由于系统内部的原因引起的均匀直梁弯曲自由振动的特性a.均匀直梁是具有分布质量及抗弯刚度的无限自由度系统b.固有频率和固有振型是结构的固有特性不仅与材料的性质、结构的刚度等因数有关而且还和边界条件有关c.当梁做任一主振动时类似于单自由度系统的振动d.在所讨论的线性振动范围内均匀直梁弯曲自由振动是无限多个主振动的线性叠加梁中任一点的运动则是各主振动所引起运动的总和。
e.固有振型具有正交性即各固有振型之间是相互独立的。
转动惯量和剪切变形对梁的横向振动的影响转动惯量使系统的有效质量增加，剪切的作用使系统的刚度下降，均使系统的固有频率降低，其中剪切变形的影响大于转动惯量的影响，对于细而长的梁或梁的高阶振动必须计及剪切和转动惯量的影响。
船体总振动及分类整个船体的振动称为总振动，这时将船体视为一根两端自由支持的变截面空心梁。
包括：1垂向振动，在船体的纵中剖面内的垂向弯曲振动；2水平振动，在船体的水线面内的弯曲振动；3扭转振动，船体横剖面绕纵向轴线的振动；4纵向振动，船体横剖面沿其纵向轴线作纵向抗压的往复振动。
计算船体总振动的力学模型一维梁模型：船体梁总振动的梁模型，是有一排船体梁单元（一般在10-20个单元）通过结点相互联接而形成的，每一单元质量和刚度性质均有船舶实际情况简化而成，船体梁的质量应包括附连水质量。
船体结构振动发展现状
船体结构振动发展现状⼤连理⼯⼤学研究⽣院⽹络学刊NETWORK JOURNAL OF GRADUATE SCHOOL OF DUT船体振动发展现状摘要：本⽂主要介绍了2000年以后在船体振动⽅⾯的新进展，从发表的论⽂中归纳出近⼏年研究船体振动的新发展。
关键词：总振动；局部振动；参考⽂献；减振；0 引⾔当船舶在海上航⾏时，船体结构不可避免地会很出现振动现象。
早在19世纪后期，船体振动就引起了⼈们的注意。
近年来，随着航运事业的发展，船舶吨位越来越⼤，主机功率和转速不断提⾼，引起船体振动的激振⼒也相应地增⼤了。
同时，为了减⼩船舶构建的尺⼨，减轻船体的重量，让⼈们⼴泛采⽤⾼强度钢作为造船材料，这样使得船体结构强度也跟着减⼩，就更易激起较⼤的船体振动。
1 船体总振动计算结构的振动模态，必须⾸先确定⼒学模型和计算⽅法。
⽤于船体振动计算的⼒学模型主要有⼀维梁模型、⼆维平⾯模型、三维⽴体模型和混合模型。
计算⽅法主要有两类:⼀类以船梁理论为基础，⼀类以有限元法为基础。
根据⽂献“整船结构振动分析中的⼏个问题”（2006）⼤概可归纳出整船结构振动计算分析中涉及到的⼒学模型的建⽴、模型的结构参数、计算⽅法等3个问题的研究状况，具体如下：⽤于计算船舶整体结构振动的⼒学模型主要有：⼀维梁模型、双梁及三梁模型、⼆维平⾯模型、三维模型和混合模型。
结构参数包括附连⽔质量和结构的阻尼。
其中，计算附连⽔质量的主要⽅法有刘威⼠、陶德等⼈的计算公式和图谱的⽅法，利⽤Green函数的边界元法以及其它⼀些⽅法；结构的阻尼系数主要是由经验和试验获得，⽬前主要的试验⽅法有对数衰减法、响应曲线法、相位研究法(相频特性曲线法)、共振最⼤振幅法。
计算⽅法的类型主要有通⽤程序法（包括有限元法和边界元法）、⾃编程序法（包括有限元法、迁移矩阵法和边界元法）、简易公式法、数据库法。
1.1 关于船体的总振动计算1.1.1“基于等效静⼒算法的船舶板架结构动⼒响应优化设计”（2009）：⽂章本⽂提出了⼀种将等效静⼒优化算法和分级优化算法相结合的船舶板架结构动⼒响应优化⽅法。
船体振动基础——绪论
绪论 五、船体振动力学的研究内容
Ø引起船体振动的原因。 Ø船体结构的动力特性及响应。 Ø船体振动的容许标准。 Ø防振与减振、降噪的方法。
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第1章 单自由度系统的振动
Ø 实际工程结构的振动系统往往是很复杂的，影响振动的因素很多。 Ø为了研究振动的规律，便于分析、计算，所以在分析振动系统的 振动问题时，必须抓住主要因素，而略去一些次要因素，将实际系 统简化并抽象为简单的力学模型。 Ø这种简化和抽象的程度取决于系统本身的复杂程度、振动的实际 情况和要求计算结果的准确性以及所采用的计算工作和计算方法等。
Ø 单自由度无阻尼自由振动是一种简谐运动。 通过平衡位置时，速度最大，加速度等于零；在最大振动位移处
速度为零，而加速度最大。 Ø 固有频率/固有周期。
固有频率是单自由度无阻尼系统自由振动的极其重要的参数。确 定振动系统的固有频率往往是解决工程中振动的首要问题。
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第1章 无阻尼系统的自由振动
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第1章 无阻尼系统的自由振动
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第1章 系统的自由度
Ø 一个系统于任何瞬时在空间位置的广义坐标数目为此系统的自由度数。 Ø 如果一个系统在任何瞬时的空间位置都可由一个广义坐标来确定，
则此系统为单自由度系统。
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第1章 无阻尼系统的自由振动
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第1章 无阻尼系统的自由振动
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第1章 无阻尼系统的自由振动
1、无阻尼自由振动特性
Ø 按照系统的参数特性分类：线性振动，非线性振动
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绪论 三、振动问题及其解决方法
1、振动问题：知“二”求“一”。
2、求解方法问题 理论分析的方法 实验研究的方法
Ø首先要从具体的工程对象提炼出力学模型； Ø 然后应用力学知识建立所研究问题的数学模型，
大型船舶振动分析
• 一般情况下纵向振动可以不考虑； • 对于大开口船舶应考虑水平弯曲振动与扭转振动之间的耦合。
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船体总振动分析
船体总振动类型 非梁振动
当船体振动的模态数上升或频率较高时，船体 梁节点间距已经小于或接近于船宽或型深，船体的 剪切变形已上升到重要地位，并且还伴随着发生船 体横截面内的变形；由于双层底、上层建筑和其它 一些局部结构振动的参与及耦合作用增强，船体总 振动会与梁的性质发生很大差异，这时的振动称为 非梁振动。
动力载荷使结构的质量产生加速度，从而引起了惯性力，故需要考虑 动力载荷和惯性力两者共同作用的影响。
动力载荷与内力和位移之间一般是非线性关系，有时很小的动力载荷 就会引起很大的内力和位移。
船上振动概述
振动问题的类型
激励 已知
系统特性 已知
响应 待求
激励 已知
系统特性 待求
响应 已知
激励 待求
系统特性 已知
序 号
评价衡准
本船数据
1
Wmax<0.75、Wmax<Cb
Wmax=0.70
2
Wmax<1.7 W0.7R
3
θWPB>θB θB =(360º/Z)+10º
4
n
9.903 D / 2 Zd
0.051nD2
TA
W
Wmax Wmin 1W
1.0 R
5
1 d / d r / R 1W
1.0
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船体总振动分析
对于船舶上建结构局部振动频率及分析
对于船舶上建结构局部振动频率的分析摘要：当船舶在海上航行时，由于受到风浪波动的影响，船体结构的振动是不可避免的。
船舶振动过大不但会对船上的船用设备产生影响，也会造成船体结构的损坏，甚至会危害船上人员的生命安全。
所以在船舶的设计阶段，必须考虑船舶局部结构的振动频率问题，并采取办法对其加以控制。
本文介绍了船舶振动的发展现状，具体从船舶振动的危害、现象和振源等方面，针对船舶上建结构的振动频率问题进行了简要分析。
关键词：船舶振动；局部振动；上建结构；上层建筑整体纵向振动固有频率在船舶结构的整体设计中，船舶局部振动是不可忽视的一个重要指标。
近年随着我国海上船舶业的蓬勃发展，船舶的设计引入了更多的科技元素，并且功率越来越大。
但是，船舶的上建结构因为有别于传统设计且刚度有所减弱，所以当船舶振动频率过大时，上建结构就会产生严重振动，威胁整个船体的安全航行。
一、船舶振动虽然船舶在海上航行时，受波浪的影响较大。
但是船舶振动的主要来源还是船舶中的各种机械。
在船舶内部的机械、轴系、螺旋桨等部件运转的激励下，船舶的总体或者局部就会引起结构上的振动，这就是船舶振动。
（一）船舶振动的振源船舶的结构是非常复杂的，它有许多的局部结构和船用设备，并且现在的船舶加装了许多高精密的电子仪器，对操作环境的要求又很高，所以船舶结构的振动首先对这些精密的船用设备来说，就是极大的威胁。
实际上，船舶结构就是一种复杂的组合弹性体，如果按照振动的分布范围来说，船舶振动可以分为总体振动和局部振动；按照船体受力的角度讲，又可以分为自由振动和强迫振动。
因为在船体中机械众多，所以船舶是一个多振源系统，这种机械给船体带来的振动动力我们称之为“激励”。
它们都是对船体有害的因素。
船舶中主要的激励来源有螺旋桨、机械（包括主机、发电机、发动机、水泵、通风机等）和波浪。
其中大部分的振动激励来自于螺旋桨。
因为在船舶中，螺旋桨桨叶通过转动将水动力传承给桨轴，再由桨轴传给船体产生轴承力，另外螺旋桨也将水表面上的脉动水压力传送给船体，所以轴承力和水面的表面力是螺旋桨的主要激振来源，也就是桨激励的两种形式：轴频激励和叶频激励。
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。
小型船舶船体振动的原因及对策
小型船舶船体振动的原因及对策摘要∶船体会在主机以及螺旋桨等外界干扰下产生一定的振动，尤其是小型船舶，受到的振动影响更为剧烈，而且一旦振动过大，会影响到船舶的正常航行。
基于此，本文首先提出船体设计、主机引发船体振动以及螺旋桨引发的船体振动等问题，其次，通过优化船体设计、主机减震、螺旋桨减震等方面，就小型船舶船体振动原因及其解决对策进行简要分析，并提出自己一点看法。
关键词∶小型船舶;船体振动;减震措施引言船体的振动能够对小型船舶造成非常大的伤害，不仅会影响到船员在航行过程中的舒适度，还会影响到船上设备的正常运行，从而导致船上设备的损坏，造成小型船舶无法正常航行的情况出现，如果不能及时解决，严重的甚至会对船员生命产生威胁。
因此，对于小型船舶船体振动的研究，已经具备非常重要的意义。
一、振动的危害及其原因严重振动对船舶的危害主要有以下几点。
使船体结构或机械设备在应力过大时产生疲劳破坏，景响航行安全。
影响船员和旅客的居住舒适性，影响船员的工作效率，危害身体健康。
影响船上设备、仪表的正常工作，降低使用精度，缩短使用寿命。
另外振动还会激发噪声。
因此研究船舶振动的原因，采取有效措施进行减振十分必要。
船体作为自由漂浮在水上的空心弹性梁，在营运过程中必然会受到各种冲击的作用，激起船体总振动和局部振动。
船体产生振动过大的主要原因可归结为下述 3个方面。
设计时考虑不周，如船舶.主尺度与主机的选择，螺旋桨与船体及附属体间隙以及与尾部线型的配合，船体结构尺寸、布置和结构的连续性等。
建造质量的问题，如螺旋桨制造质量差，轴线对中不良，结构连续性被破坏，焊接残余应力与初挠度等。
营运管理问题，如船体的装（压）载不当，轴系变形，主机各缸燃烧不均，机件损坏、松动，螺旋桨受损等。
二、船舶振动特性及计算2.1船舶的振动特性近一、二十年来，船舶在我压得到了迅速的发展。
目前国内营运中的各类船舶，在船体振动方面有两个共同的特点∶ 一是由于自重控制严，故船体结构尺度小，船体刚度较常规船型要弱; 二是采用高速机、高速桨，其激励幅值较常规船型大，激励频率又高。
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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。
【5】上层建筑局部振动
1问题和现状• 上层建筑本身就是一种复杂的建筑结构物。
1、问题和现状
上层建筑的局部振动，
主要指居住舱、服务舱
的各层甲板振动。
• 一般考虑纵向振动和垂向振动
【5】上层建筑局部振动
2结构模型• 上层建筑舱室甲板振动计算。
上层建筑甲板结构式由板和横梁组2、结构模型
成的，常采用以下模型：
常见的有限元模型①
• 交叉梁系的建模方法。
特点：计算模型简单，
结果存在一定的误差。
【5】
上层建筑局部振动
2结构模型
• 上层建筑舱室甲板振动计算。
上层建筑甲板结构式由板和横梁组2、结构模型
成的，常采用以下模型：
常见的有限元模型②
• 板梁组合模型。
特点：计算模型精细，误差较
小，工作量大。
【5】上层建筑局部振动3边界条件• 对甲板结构的四周周壁，限制垂向线位移和沿壁面方向的角位移。
3、边界条件。