第7章——船舶振动评价、防振与减振

船体振动基础
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第7章船舶振动评价、防振与减振
一、船舶振动的危害
二、船舶振动的标准
三、船舶振动的测试
四、船舶振动的具体测试方法
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1一、船体振动的危害P217
1.对人体的危害
• 振动以及由振动引起的噪声，会导致船员与乘客的不适，引起疲劳甚至损害健康。

• 长期处于振动环境中会影响神经系统的正常工作机能，导致肌肉松弛，血压升高，视觉迟钝等。

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二、船舶振动的标准
•• 人体对振动的反应
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1一、船体振动的危害
1.
对人体的危害1）人体固有频率：
胸腹系统固有频率4~6H z ，
2030头、颈、肩固有频率20~30H z ，
人体系统固有频率6~9H z ，
其中许多频率是船上常见的激励频率。

216~20H z ）环境振动通过接触表面使人感受到振动。

大于，人同时感觉到噪声；大于100H z ，主要是噪声。

367H 5）6~7Hz 的垂向振动会引起晕船症。

水平振动常比垂向振
动影响更大，极度影响生活和工作。

一、船体振动的危害
2.对船体结构的损害
•或产生
振动使高应力区的船体结构出现裂缝、或产生疲劳破坏，
从而影响其安全性和正常使用。

①当共振时振幅及振动应力急剧放大（例：某船二节点振幅为
1mm，振动应力平均为1.0~2.0N/mm2，共振时振幅为
18mm，振动应力20 N/mm2）
②材料或结构的内在缺陷（裂纹、疏松、气孔、夹渣等）使其
在长期承受振动的过程中可能产生宏观裂纹源，最终导致构件的疲劳破坏。

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一、船体振动的危害
2.对船体结构的损害
振动使高应力区的船体结构出现裂缝、或产生疲劳破坏，•振动使高应力区的船体结构出现裂缝或产生疲劳破坏，
从而影响其安全性和正常使用。

③当实测振动应力为10~20N/mm2时，结构就可能发生损坏。

④尤其在尾部结构、焊缝附近和应力集中的部位更易破坏。

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一、船体振动的危害
3.对机器设备的危害
•振动使机器仪表和设备失常寿命缩短或损坏
• 振动使机器、仪表和设备失常，寿命缩短或损坏。

1）过度的振动使计算机、自动控制的仪表设备失灵或损坏，影响航行安全。

2）由于设计不当发生上层建筑振动，驾驶室的仪表发生过度振动对营运很不利。

4.对舰艇的危害
• 振动及其伴随的噪声，对于军用舰艇的隐蔽性危害极大。

8“安静性”舰艇将作为设计与建造的目标与要求。

二、船舶振动的标准
为了评价与控制船舶的振动程度，需要有一种使设计、建造、检验和使用部门都能使用的一个比较统一的标准，对船舶振动响应的水平进行评定。

1.振动评价标准发展：
1）最早的船舶振动标准是1930年由泰勒提出的。

2）各国研究机构与船级社均相继提出不少标准。

3）目前，国际上比较公认和倾向于一致化的船舶振动评价标准：国际标准化组织（）文件，即《机械振动
ISO ISO6954
和冲击商船振动的综合评价基准》
4）ISO的另一文件ISO2631《人体暴露于整体振动环境下的评价基准》（实用性较低）
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二、船舶振动的标准
1.振动评价标准发展：
5）我国70年代以来制定了：
CB*/Z310—79《海船船体振动衡准》
CB*/Z314—80《内河船船体振动衡准》
GB7452—87 《船体振动评价基准》
2000 《船上振动控制指南》
注：a. 船标、国标或国家军用标准都具有法定的要求。

b. 对设计或建造的舰船，必须满足上述标准。

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二、船舶振动的标准
2.振动标准（ISO6954）的表达形式与特征参数
1）特征参数：位移、速度与加速度，均以单幅峰值表达。

2）在1~100Hz范围内，将特征参数与结构振动频率的对应关系界定。

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二、船舶振动的标准
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二、船舶振动的标准
3.船舶振动特性评价的总趋势：
向ISO 的规定靠拢，或直接采用。

（因国际订单，船体评判以ISO6954为主）
4.突出防止共振设计
应当了解，对某些船舶的防振设计，有时并不用结构响应指标，而仅仅针对船体振动的模态（主要是固有频率）进行预报和设计。

对不同的船舶，也往往有若干规定和要求，主要是将13船体固有频率和激振频率错开若干距离，以避免共振，即防止
共振设计。

三、船舶振动的测试
1.测试目的
船体振动的测试 2.测试设备和仪器
3.具体的测试方法
船舶在航行过程中由于受到各种因素的影响，它总是存在着振动。

要评价其振动的大小，除了通过主观观察和感受外，更主要的是要借助仪器来进行测量和分析，以确定振动对人员舒适性及船体结构强度的影响。

员舒适性船体结构强度的影响
在主机运转转速的范围内,测试船体总振动。

检查舰船在主机运行的转速内是否会出现共振峰值。

22. 测试位置(8个点)
•主甲板和艉封板
甲板和艉封板交界处(中线面)的垂直和水平振动；
•右主机机座的垂直振动；
发电机(主机舱) 机座的垂直振动；
•)
•上层建筑后舱壁和主甲板交界处(中线面)的垂直与水平振动•上层建筑前舱壁和主甲板交界处(中线面)的垂直、水平与纵向振动；
艇艏部(Fr.4)的垂直和水平振动；
•(Fr.-
•炮座(主甲板Fr.20中线面)的垂直和水平振动；
•蓄电池室（驾驶甲板Fr.43中线面）的垂直和水平振动。

3.测试使用的仪器系统配置
4. 船体振动测试过程
分别将加速度传感器置于主甲板和艉封板交界处，右主机机座处
，发电机(主机舱)机座处，上层建筑后舱壁和主甲板交界处等测
试位求舰在中航行离期断改机转试位置，要求舰艇在海中航行一段距离，期间不断改变主机转速
，在这过程中测试各处的垂直和水平振动。

5. 测试结果
(双机)转速的关系曲线中可见，当主机转速从从振动响应和主机转速的关系曲线中可见当主机转速从860 r/min调速至1718 r/min时，总的趋势是振动响应随着主机转速的递增而增加，无明显的共振峰出现。

速的递增而增加无明显的共振峰出现
船体固有频率、振型和阻尼测试
船体固有频率振型和阻尼测试
1. 测试内容
厂建造的在试航期间对该艇进行了船 X型舰艇是由X厂建造的，在试航期间，对该艇进行了船体固有频率、船体振型和阻尼的测试。

2. 测试用仪器设备
B&K Type 4370（丹麦）加速度传感器(8只)
B&K Type26924ch
B&K Type 2692（丹麦）电荷放大器组合(4ch.×2)
DH5920 （中国）数据采集器＋笔记本电脑和软件包 DH5903 （中国）手持式测振仪
船体固有频率、振型和阻尼测试
船体固有频率振型和阻尼测试
33. 测试方法
利用抛锚激振法，来获取船体垂直方向的各阶固有频率、振型和阻尼。

抛锚中，锚链下放到10米左右时突然间刹车，保持原状3分钟。

分钟
4. 测试使用的仪器系统配置
船体固有频率、振型和阻尼测试
5. 测点布置
主甲板(中线面)：Fr.-4 ,Fr.89
Fr4Fr89
主甲板(左舷边)：Fr.8, Fr.28, Fr.44, Fr.53, Fr.64, Fr.78 66. 测点位置和仪器通道号的对应关系
12345678通道
号
8978645344288－4肋位
号
船体固有频率、振型和阻尼测试
7. 测试结果
抛锚激振法，获得船体振动频响曲线如下图。

通过利用获得船体振动频响曲线如下图通过参数识别船体垂直方向的各阶固有频率，振型和阻尼。

船体固有频率、振型和阻尼测试
7.2船体垂直方向的各阶固有频率和阻尼
阶数12船体垂直方向437880体
固有频率 4.378.80阻尼比191%214%阻尼
1.91%
2.14%
7.3船体垂直方向的各阶振型
73
•一阶固有频率：4.37 Hz的振型
肋位号-48284453647889归振型值0.730.070.240.240.070.38
归一振型值0.38-0.07--0.24 1.00
7.3船体垂直方向的各阶振型
阶固有频率：8.80 Hz的振型•二阶固有频率：8.80Hz
测试的目的
（1）通过实船测量确定船体和局部结构的振动特性及其影响；
（2）通过实船测量确定船体振动的原因，以便采取必要的改进措施和检验已有减振措施的效果；
措施和检验已有减振措施的效果
（3）通过实船测量校核理论计算方法的可靠性，并在此基础上积累资料，为进一步修改振动的标准和计算方法提供依据。

测试设备和仪器
11.激振设备
激振设备是一种产生可调频率和可调幅值激振力的装置
简称激振机或激振器用来人为激起船体结构的振动（简称激振机或激振器），用来人为地激起船体结构的振动，
以寻找这些结构的固有频率、固有振形、阻尼特性或者模拟实
船航行振动的特性。

船航行振动的特性
常用的激振设备有机械式和电磁式两种。

常用的激振设备有机械式和电磁式两种
测试设备和仪器
机械式激振设备由激振机、电动机、控制器三部分组成，按其产生的最大激振力可分为100kg，500kg，1000kg，2000kg，6000kg五个等级。

500k1000k2000k6000k五个等级
优点：能在较低转速时产生较大的激振力，可靠性好。

缺点：低转速时不稳定，转速难以控制，靠性好缺点低转速时不稳定转速难以控制
体积大，较笨重。

测试设备和仪器
电磁式激振设备由讯号发生器、功率放大器、激振机组成。

按其生产的最大激振力可分为1kg，5kg，10kg，300kg，1000kg，2000kg六个等级。

优点：使用的频率范围广，易于控制，适宜各点同步激振实验。

缺点：造价高，经济型较低。

缺点：造价高，经济型较低
2测试设备和仪器
2.
测量记录设备按仪的记录原船用测振仪主要有机械式和
按仪器的记录原理，船用测振仪器主要有机械式和电子式两种。

机械式测振仪包括传递、放大、时标和记录等装置，
它是利用杠杆原理将微小振动放大，并记录下来的装置；
电子测量系统则通常是由传感器、放大器、滤波器和
记录器组成。

测试设备和仪器
33.数据处理设备
目前普遍应用各种振动分析仪和FFT分析仪对振动测量所采集的数据进行分析，它们可以快速、精确及自动分析与处理各种随机数据。

FFT分析仪又分由硬件和和软件来实现两类。

采用硬件的FFT分析仪是一种专用的计算机，处理速度实往往收制
快、能实时分析，但往往功能收到限制。

采用软件来实现的FFT分析仪，是以通用的计算机作为数据处理中心，配备相应的软件和模数转换器及其他外部设备，具有多功能性，可进行实时分析。

1具体测试方法
1.试验条件
（1）试验时水面保持平静，气象条件不应对测量值有较大的影响，一般在3级海况以下；
（2）试验时水深应不小于船舶吃水的5倍，离岸距离不小于船宽的
2.5倍，为测定营运船舶的振动级，测量也可在营运水域进行；
倍为测定营舶振动级测在营水域行；（3）试验时船舶应处于满载或压载状态，压载时艉吃水应确保螺旋桨全部浸没在水中。

测量时船舶应保持自由航行状态；
）拖船应在单船航行状态或带驳船航行状态下测量内河船应（4）拖船应在单船航行状态或带驳船航行状态下测量，内河船应该在逆水或静水中测量；
具体测试方法
（5）主机和其他机械装置应处于稳定工作状态，多桨船应使各桨轴转速保持一致或基本一致；
（6）主机运行工况为额定转速或营运转速；
（7）如有需要，个别机械装置可单独运行；
（8）不能满足上述条件时，应在测量报告中予以说明。

2具体测试方法
2.
测点布置测量船体梁的垂直弯曲振动和水平弯曲振动时，测点应选择在船体中线或舷侧主甲板或强力甲板刚性支点上（即甲板下为横舱壁等刚性构建处），以防止甲板板架或板格的局部振动混入。

在测量船体振动的船型时，布点的多少应根据具体情况而定，但在船长方向的测点数应足以能画出船体的振形。

具体测试方法
同时，由于船首、尾两点
都处于振形的腹点，如图所示
对总振动谐调数据的确定特
别重要，且测点应尽可能地
靠近首尾端中心处，因此这
因此这
两点是不可少的。

具体测试方法
当测量船体的扭转振动时，测点应该布置在船舷两侧甲板上的刚性支点处，且测点要对称于船体中纵剖面布置，如右图
所示。

具体测试方法
船体局部振动测试：对板架，测点应选在（板架中心处）纵、横骨架的交点处；对于板格，应选在板的中心；对骨架梁，应选在梁的跨度中心。

总的来说，测点的选择是根据不同目的而定的。

如船体尾部主要测量上甲板中纵剖面尾端的垂向、横向和纵向振动；
部主要测量上甲板中纵剖面尾端的垂向横向和纵向振动
上层建筑主要测量驾驶甲板上中纵剖面与前缘围壁的交点处以及上甲板上中纵剖面与前缘围壁的交点处的垂向、横向和纵向振动；
具体测试方法
生活舱室主要测量起居室中央部位的垂向、横向和纵向
振动以及会议室、餐厅等中央部位的垂向和横向振动；工作舱
室主要测量驾驶室和机舱控制室中央部位的垂向、横向和纵向
振动，报务室、海图室等中央部位的垂向、横向和纵向振动，振动报务室海图室等中央部位的垂向横向和纵向振动
桥翼、厨房中央部位和机舱无控制室的值班人员操纵处的垂向
振动。

振动
具体测试方法
3.船舶航行振动测量
为了确定船舶在营运条件下可能出现的振动情况，通常在船舶试航或第一次营运时进行航行振动测量。

测量时
，船舶以直线航行（舵角不大于2），主轴从最低转速开船舶以直线航行（舵角不大于°）主轴从最低转速开
始每隔5~10转/分为一档，逐档增速到全速，记录每档时的
振动，每档速度至少应有3分钟稳定时间，必要时应测量中振动每档速度至少应有分钟稳定时间必要时应测量中速时左、右满舵的船体振动。

4具体测试方法
4.
激振试验为了确定船体最初几个谐调的固有频率和固有振形，一般是利用机械式激振机来进行试验的。

试验时船舶最好处于静水漂浮状态或锚泊状态船上无试验时，船舶最好处于静水漂浮状态或锚泊状态，船上无关的机电设备均应停止工作，激振机安装在船尾的露天甲板上最好的位置是船尾螺旋桨上方为该处处船舶最初个，最好的位置是船尾螺旋桨上方，因为该处处于船舶最初几个谐调腹点处，利用缓慢改变激振机稳定一段时间，由尾测点的共振曲线可得各谐调固有频率，由全船测点可测得各谐调对应的船体固有振形。

具体测试方法
抛锚激振试验是一种简单易形的方法，试验时，突然打开使底
锚链制动器，使锚自由下落，在锚入水底之前迅速用制动器制动，便可激起船体垂向自由运动。

锚下降距离越大，制动越快对船体的冲击力越大。

但要注意，不要使锚自由下落时超过锚对船体的冲击力越大但要注意不要使锚自由下落时超过锚机制造者规定的要求。

对于无制动装置的小船，可用绳索将锚吊起，用突然松开悬索的方法，也能激起船体振动。

吊起用突然松开悬索的方法也能激起船体振动
具体测试方法
记录器要记录下从抛锚的瞬间开始，直到船体振动余波消失的一段时间内的波形衰减曲线，并由它计算船体的阻尼特性。

当对记录采用人工分析时，最多只能分析到二谐固有频率，而采用现代的记录与分析仪器及相应的方法，可以得到更高阶的船体固有频率、振形和阻尼特性。

具体测试方法
5.测量报告
（1）测量报告一般包括下列资料：
①船舶主要参数按照表5-6填写；
具体测试方法
格式填写具体测试方法
②测量条件和测量仪器按表5-7格式填写。