江海直达船鞭击振动分析

解耦 可 以得 到单 自由度 系统 运动 方程 ：
Ｆｉ ｉｅ Ｅｌｍ ｅ ｒ ｃ ｕ ｅ Ｓ ｒ ｎ ｔ ｌ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎｔＳｔ ｕ ｔ ｒ ｔ ｅ ｇ ｈ Ｃａ ｃ ｌ ｔｏ ｆ
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江海直达船 船型宽 大 ， 吃水较 浅 ， 在恶 劣海况 中航行 时 ， 由于首部船底 出水 和上浪 等原 因 ， 会在 船 首尾底 部及外飘 等 区域发 生砰击现 象 。严 重 的 砰 击可 能会 使 海 洋 结构 物 遭 受 巨大 的 流 体 作 用 力 ， 而 出现严 重变形 或 失效 ， 船 舶 而言 ， 方 从 对 一
总 第 ２８期 ４
２１ ０ １年 第 ５期
交
通
科
技
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江 海 直 达 船 鞭 击 振 动 分 析
袁 罡 吴 卫 国 林 永水
Ｘ Ｌｉ ｚ Ｓｈｅ ｅ ｎ ｈｉ ｎｗ ｉ
（ ｃ ｏ ｌ ｆＴｒ ｎ ｐ ｒａ ｉ ｎ Ｓ ｈ ｏ ａ ｓ ｏ ｔ ｔ ，Ｗ ｕ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｗ ｕ ａ ３ ０ ３，Ｃｈ ｎ ） ｏ ｏ ｈ ｎ Ｕｎｖ ｒ ｉ ｏ ｙ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈ ｎ４ ０ ６ ｉａ
砰 击载 荷产生 了足够 的动力 ， 个 船体 梁 会 产生 整
垂 向、 向和纵 向振动 以及 扭转 ， 者这些振 动 的 横 或
组合， 这些 都依据 船 体具 体部 分 受 到 的影 响而 决 定 。一般 而言 ， 种 船体 整体 振 动被 Hale Waihona Puke 义 为鞭 击 这振 动 。
式 中 ： 、 Ｋ 分别 为质 量 矩 阵 、 尼 矩 阵 和刚 度 Ｍ Ｃ、 阻 矩阵 ； 、 “分别为节点 加 速度 向量 、 点 速度 向 五 、 节
动相关 参数进 行研 究 ， 于江 海 直 达船 的设计 具 对
有重 大的意义 。
砰 击载荷是 船体与水 相互碰 撞而产 生 的瞬态 动力 ， 一种瞬 态载荷 ， 以用 瞬态动力 学 的理 论 是 可
进 行 求 解 ［ ， 中 仅 对 首 部 砰 击 引 起 的 鞭 击 振 动 ２ 文 ］
（ 汉理工大学交通学院 武 武汉 ４０ ６ ） ３ ０ ３
摘
要
对 江海 直 达 船 首部 砰 击 引 起 的 鞭 击 振 动 进行 了 仿 真 分 析 ， 用 瞬 态 动 力 学 模 态 分 析 法 ， 采
计 算过 程 中 考 虑 附连 水 的作 用 。分 析 参 数 有 砰 击 压力 峰 值 和 连 续 砰 击 次 数 ， 比分 析 仿 真 结 果 ， 对 得 出不 同压力 峰 值 和 连续 砰 击 次 数 的 影 响 规律 。 关键 词 江 海直 达 船 首 部 砰 击 鞭 击 振 动 模 态 分 析 法 连 续 砰 击
面， 砰击会使 冲击区 域承受 巨大 的脉 冲压 力 ， 部 局
结 构 可 能 发 生 严 重 变 形 甚 至 破 坏 ； ～ 方 面 ， 果 另 如
响应 的垂 向振动进行研 究 。 １ 瞬态 动力学基本理 论
瞬态动力 学运动方 程的矩 阵形 式如下 ：
； ＋ ＋ 硒 ｌ＝ Ｆ（） （） １
鞭击振 动一般 都 引起 低频 （ 要是 一 阶 自然 主 频率 ） 船体梁 弯矩 。轻 则会 影 响船 员 的工 作 和生 活环境 ， 影响航行 操作 ， 重则 导致船 上设备 不能正 常工作甚 至失效 ， 缩短船舶 寿命 ， 生航行 安全 隐 产
量和节点位移 向量 ； 为－ 载荷 。 Ｆ（） 夕 卜
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Ａｂ ｔａ ｔ ｎ ｔ ｓｐ ｐ ｒ ｈｅｆｎ ｔ ｌｍ ｅ ｏ ｅ ｆ３ ０ 一 ｏ ｌ ａ ｉ ｏ ｋ ｈａ ｅ ｄ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｈｉ ａ ｅ ，ｔ ｉ ｉｅｅ ｅ ｎｔｍ ｄ ｌｏ ５ ０ ｔ ｎ ｆｏ ｔｎｇ ｄ ｃ ｓｂｅ ｎ ｍａ ｅ ｉ ｈｒ ｅｋｉ ｄ
２１ ０ １年第 ５ 期
袁 罡 等 ：江海 直达 船 鞭 击 振 动 分 析
３ 模 态 分 析
ｒｆ ｎ ＋ ｋ — Ｐｆ ￡ ｆ （） （） ４
将物理 坐标转换成 模态坐 标 ， 有 ： 则
Ｕ＝ （） ２
不计人 阻尼项 ， 则基本 运 动方程 变成 ：
： Ｋｕ ＝ Ｐ（ ） ＋ ￡ （） ３
患， 严重者 可能导致 船体结构 的破坏 ， 危及船 舶安
全 。 此 ， 江 海直 达船 首 部 砰击 引起 的鞭 击 振 因 对
收 稿 日期 ：０ １０—２ ２ １－６１