船体振动学
船体振动知识点
船体振动知识点船体振动是指船舶在航行过程中因受到外力作用而产生的振动现象。
船体振动不仅会影响船舶的航行性能和安全性，还会对船员的工作环境产生一定的影响。
因此，了解船体振动的知识点对于船舶设计、航行和维护非常重要。
本文将介绍船体振动的几个主要知识点。
1.振动类型船体振动可以分为几种类型，包括纵向振动、横向振动和垂向振动。
纵向振动是指船舶在航行过程中沿着船体纵轴方向产生的振动；横向振动是指船舶在航行过程中沿着船体横轴方向产生的振动；垂向振动是指船舶在航行过程中沿着船体垂直方向产生的振动。
不同类型的振动会对船舶产生不同的影响。
2.振动原因船体振动的原因主要有以下几个方面。
首先，船舶在航行过程中会受到外界水流的作用，从而产生一定的水动力振动。
其次，船舶的推进装置和船体之间的耦合效应也会引起振动。
此外，船舶载货时的不平衡也会导致船体振动。
了解振动的原因是预防和减少振动的关键。
3.振动影响船体振动对船舶和船员都会产生一定的影响。
首先，振动会影响船舶的航行性能，包括船速和操纵性。
振动还会对船舶的结构安全性产生影响，可能引起船体的疲劳破坏和结构松动。
此外，振动还会对船员的工作环境产生不良影响，可能导致船员的疲劳和不适感。
因此，减少振动对于船舶和船员的安全至关重要。
4.振动控制为了减少船体振动的影响，可以采取一些振动控制措施。
其中一种常见的控制措施是加装振动吸收器。
振动吸收器可以通过吸收和消散振动能量来减少振动的传递。
另外，船体结构的设计和材料的选择也可以影响船体的振动特性。
合理的结构设计和材料选择可以减少船体振动的发生和传递。
5.振动监测与评估为了对船体振动进行监测和评估，可以采用一些现代化的技术手段。
例如，可以使用加速度计和振动传感器进行振动信号的测量和记录。
通过对振动信号的分析，可以评估船体振动的程度和影响范围，从而采取相应的措施进行振动控制和改进。
总结起来，船体振动是船舶在航行过程中产生的振动现象，它对船舶和船员都会产生一定的影响。
第4章——船舶振动的原因以及总振动
一.似梁振动（纯船梁振动）
将船体作为一种特殊的梁（船体梁）来研究振动，当低阶（或低 频）时，其振动类似于梁的弯曲称为纯船梁振动或似梁形态。 按船体所受的激励方式的不同划分为： 1.自由振动（主要研究船体总振动模态（固有频率和振形）） 2.强迫振动（主要研究船体梁在各种不同激励作用下的响应及如何 减少和控制振动量级。
2.柴油机激振力
2.1.4多缸机的往复惯性力矩和离心惯性力矩
以三缸二冲程机为例，由于合力为零，为计算简便，计算合力矩时对任意点O
取矩，设O点与各缸中心线的距离为a，a+l，a+2l，则一阶往复惯性力矩为：
[ ] MQ1 = Q1 a cosα + (a + l) cos(α + 240o ) + (a + 2l) cos(α +120o )
2.柴油机激振力
柴油机激振力可按其频率分为低谐次和高谐次： 运动部件的惯性力形成的不平衡力和力矩——低谐次 气缸内气体爆发压力产生的侧推力和倾覆力矩——高谐次
2.柴油机激振力
2.1往复惯性力和离心惯性力：
根据柴油机动力学原理，活塞—曲柄—连杆机构可简化为如下图所示力学模型。
其质量分为两部分： 1.由活塞和连杆小端组成或由活塞件、活塞
F = Gω 2l ≤ (0.01 ~ 0.02)G
g
1.螺旋桨激振力
目前在螺旋桨加工时，都要进行静力平衡 校正，尽可能消除静力不平衡。 但船舶在运营过程中如在浅水区航行时 螺旋桨易受到冰块或者卵石撞击， 使桨叶打断、卷边等，或在湖区桨叶 易受水草缠附，使螺旋桨的静力平衡 受到破坏，引起船体剧烈的轴频振动。
船舶振动
Ship Vibration
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）。
船体振动分析的实船验证及改进方案
船体振动分析的实船验证及改进方案船体振动分析在船舶设计和运行中具有非常重要的作用。
通过分析船体的振动情况，可以减少船体的疲劳裂纹和振动噪声，保证船体的结构安全和生产效率。
但是，船体振动分析理论和实际情况存在差异，因此必须进行实船验证和改进方案。
实船验证主要是通过实际的船舶使用情况，对分析结果进行验证和校对，以改善振动计算模型的准确性。
根据验证结果，可以进一步优化船体结构和减少振动噪声。
具体来说，实船验证的基本步骤如下：首先，通过振动计算模型获得船体振动的振幅和频率，然后在船舶运行时进行振动测量。
在测量过程中，需要选择合适的测量仪器和测量位置，以保证测量结果的准确性。
此外，还需要考虑环境因素对振动测量的影响，例如海洋波浪和风力等。
通过对测量数据的分析和比较，可以确定振动计算模型的误差和缺陷，并针对性的对模型进行改进。
改进方案包括以下方面：1、结构优化船舶的结构设计是减少振动的重要因素之一。
通过对船体结构的优化设计，可以减少结构的自然频率，提高结构的刚度和强度，从而降低振动幅度。
在具体实践中，可以通过改变船体板材的厚度、强化船体结构的支撑和加强船体的刚度等方式进行优化。
2、船舶维护和保养船体振动的另一个重要原因是船舶的磨损和老化。
为了减少船体振动，需要对船舶进行定期维护和保养，确保船舶的各部件处于良好的状态。
例如，定期检查和更换船舶橡胶支座、平衡船体载荷和注意船舶的航速等都可以有效减少船体振动。
3、船舶运营管理船舶的运营管理对减少船体振动也非常重要。
通过合理的运营管理以及规范的操作规程，可以有效减少船体振动。
例如，合理控制船舶的载重量、稳定性和分布等，采取减速慢行的方式减少船体振动等。
综上，船体振动分析在船舶设计和运行中具有非常重要的作用。
通过实船验证和改进方案，可以提高振动计算模型的准确性，减少船体振动幅度和噪声，确保船舶结构的安全和效率。
相关数据分析是通过对各种数据的收集、整理、处理和分析，从中获取有用的信息和结论的过程。
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
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。
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。
船体振动学金咸定习题答案2.1
K
x
K
L
L
解：求质心
xC
M 2L 3M
2 3
L
分离体图
5L/3
Байду номын сангаас
L 4L/3
K
y
5 3
Lq
y ICq
C
q p(t)
3My
K
y
1 3
Lq
解：求质心
xC
M 2L 3M
2 3
L
分离体图
5L/3
4L/3
y ICq
K
y
5 3
Lq
C
q p(t)
3My
K
y
1 3
Lq
IC
2M
2 3
L
2
M
4 3
JGq Kuu e Kqq 0
整理为
Mu Meq JGq Kuu
Kuu 0
e Kqq 0
(3)试列出图2.1P(3)所示的三质量弹簧系统的运动方程式。
解： 分离体图
K x3 x1
Kx2
Kx1
M
K x2 x1
M
K x2 x1
K x3 x2
由牛顿-达兰贝尔原理列出其运动微分方程式为
V
q1
MgLq1
Ka2
q2
q1
MgL Ka2
q1 Ka2q2
V
q2
MgL Ka2
q2 Ka2q1
带入拉氏方程得运动方程
ML2q1 ML2q2
MgL
Ka2q1
Kaq1 MgL
Ka 2q 2
Ka q2
0 0
(3)由单摆和质量构成的系统，见图2. 2P(3).
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。
船体总振动响应计算
单位长度附连水质量的一般计算公式：
垂向振动附连水：
ma
1 2
KCV b2
(kg / m)
水平振动附连水：
ma
2
h KCH d 2
(kg / m)
d ：水深
2.2 船体总体振动固有频率和振型计算
一、船体总振动计算的力学模型
船体总振动计算的力学模型为沿船长方向质量和刚度非均匀分布 的自由梁。
1、自由梁单位长度的总质量
响应为
y(x)
F0i (x0 ) i2
1
L 0
mg
(
x)i2
(
x)dx
i (x)
(1
2 i
)2
(2
2 i
)2
Ki
i2
L 0
mg
(
x)i2
(
x)dx
sin(t ) sin t cos cost sin
共振时： / 2
则共振时：sin(t ) cost
共振响应幅值沿船长方向的分布
模态干扰力
N
y(x, t) i1 i2
fi
F0i (x0 )
L 0
1
mg (x)i2 (x)dx
L 0
F0i (x0 ) mg (x)i2 (x)dx
i (x)
(1
2 i
)2
(2
2 i
)
2
sin(t
i)
2.4共振时的振幅
如果船体发生低阶共振，即
i 则只需要考虑引起共振项的模态对振动响应的贡献。第 i 阶振动
二、附连水质量计算
由流体力学可知，无限长椭圆截面柱体全部浸没于水中,在垂向做 加速度运动时,单位长度周围的液体动能为:
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。
12
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。
17
第1章 无阻尼系统的自由振动
18
第1章 无阻尼系统的自由振动
13
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。
14
第1章 无阻尼系统的自由振动
15
第1章 无阻尼系统的自由振动
16
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
10
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，
船体振动习题答案
船体振动习题答案船体振动习题答案船体振动是指船舶在航行过程中由于外界激励作用而产生的振动现象。
这种振动不仅会对船舶的稳定性和舒适性产生影响，还可能对船舶结构的完整性造成威胁。
因此，对于船体振动问题的研究和解决具有重要的意义。
在研究船体振动问题时，我们常常会遇到一些习题。
下面，我将给出一些常见的船体振动习题的答案，希望能够对读者有所帮助。
1. 什么是船体振动？船体振动是指船舶在航行过程中由于外界激励作用而产生的振动现象。
这种振动可以是结构的弯曲、扭转、纵向和横向运动等多种形式。
2. 船体振动有哪些影响？船体振动会对船舶的稳定性和舒适性产生影响。
振动会使船舶的结构受到额外的应力，从而可能导致结构的疲劳和破坏。
同时，振动还会对船员的工作和居住环境产生不利影响，降低工作效率和生活质量。
3. 船体振动的主要激励源有哪些？船体振动的主要激励源包括海浪、船舶自身的运动、船舶机械设备的振动等。
其中，海浪是最主要的激励源，其大小和频率对船体振动的影响最为显著。
4. 如何评估船体振动的程度？评估船体振动的程度通常使用振动加速度和振动速度来描述。
振动加速度是指单位时间内振动速度的变化率，而振动速度则是指单位时间内振动位移的变化率。
这两个参数可以通过传感器进行测量。
5. 如何减小船体振动的影响？减小船体振动的影响可以从多个方面入手。
首先，可以通过改进船体结构和设计来提高船舶的抗振能力。
其次，可以采用减振装置，如减振器和减振垫等，来减小振动的传递和影响。
此外，合理安装船舶机械设备，减少其振动也是减小船体振动的有效措施。
6. 船体振动问题如何解决？解决船体振动问题需要综合考虑结构设计、材料选择和振动控制等因素。
首先，需要进行结构分析，确定振动的主要模态和频率。
然后，可以通过数值模拟和实验测试等方法，评估振动的强度和影响范围。
最后，可以采取相应的措施，如加强结构、改善船舶设计和安装减振装置等，来解决船体振动问题。
7. 船体振动的研究领域有哪些？船体振动的研究领域涉及结构力学、振动控制、流体力学等多个学科。
船体振动学 第1章汇总
第1章 单自由度系统的振动
1.1 系统的简化和单自由度系统的自由振动 1.2 阻尼和有粘性阻尼的单自由度系统的自 由振动 1.3 有粘性阻尼的单自由度系统的强迫振动 1.4 周期振动的谐波分析 1.5 周期激励作用下单自由度系统的强迫振 动
Ship Vibration
第1章 单自由度系统的振动 1.1 系统的简化和单自由度系统的自由振动
A
nt
（1）当位移为零时，
速度达到最大值，
1
22
加速度为零；
（2）当位移达到最大值时，速度为零，加速 度达到最大值；
（3）当相角增加 2 时，振动完全重复其运
动，如果相应的时间增加为T ，则
nt 1 2 n (t T ) 1
Ship Vibration
T 2 2 m 称为系统的振动周期。
x n Asinnt
振动的加速度：
1
n
A
cos
nt
1
2
x n2 Acosnt 1 n2x
n2 Acosnt 1
位移、速度和加速度随时间的变化如图所示。
x
x
x
A
nt
1
Ship Vibration
22
1.1 系统的简化和单自由度系统的自由振动
振幅、初相位和频率
x
x
x
由上图可以看出：
船体振动学
第1章 单自由度系统的振动
Ship Vibration
第1章 单自由度系统的振动
以质量-弹簧-阻尼器系统作为力学模型，研 究单自由度系统的振动具有非常普遍的实际意 义，因为工程上有许多问题通过简化，用单自 由度系统的振动理论就能得到满意的结果。而 且，多自由度系统和连续系统的振动，在特殊 坐标系中考察时，显示出与单自由度系统类似 的性态。因此，研究单自由度系统的振动规律 和特点，为进一步研究复杂的振动系统奠定了 基础。
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。
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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。
14.转动惯量和剪切变形对梁固有频率的影响：从物理意义上说，剪切的作用使系统的刚度下
降，转动惯量使系统的有效质量增加，这两方面的影响均使系统的固有频率降低。
其中剪切的影响大于转动惯量的影响。
15.船体总振动：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。
16.局部振动：船体局部结构，如板架、梁、板等对于整个船体所作的附加振动称为局部振动。
（1）垂向振动：平行于垂向轴的的直线振动（2）横向振动：平行于左右方向的水平振动（3）纵向振动：平行于首尾方向的水平振动。
17.随机振动：这种在任何未来时刻表征振动物理量的瞬时值不能预先精确地加以判断的非周
期性的持续振动；波击振动：当波浪的遭遇频率与船体的首谐垂向固有频率相等时，会出现由波浪对船体的非冲击性水动力作用引起的全船稳态垂向垂向两节点振动；浪击振动：是非周期性的振动，是船体受波浪冲击而出现的弯曲振动现象。
18.节点：船体总振动时振幅为零的横截面（较高谐调的主振动具有较多的节点，较高的频率，
较短的周期；较低谐调的主振动具有较少的节点，较低的频率，较长的周期。
）
19.船体总振动阻尼的特点：当激振力的频率与船体振动的某一固有频率相等时，船体将发生
共振，第一谐调共振时，峰值最高而且曲线很陡，随着阶数的增加，共振时峰值越来越小，曲线也越来越平坦，船体总振动的阻尼与振动频率有关，频率越高，阻尼越大。
20.船体总振动减少的原理：改变结构的固有频率或激励频率以避免共振；减小激励的幅值与
减小激励的传递以降低强迫振动的程度；增加结构刚度和阻尼以降低响应等。
21.舷外水对船体总振动的影响：（1）重力的影响：归结为船体所受浮力的变化，或者说是船
体梁振动时如同在一个弹性基础梁上一样；（2）阻尼的影响：是指舷外水给船体振动以介质阻尼使船体振动衰减的影响；（3）惯性的影响：反映在参与船体振动的等效质量的改变。
22.估算船体自由振动频率的必要性：在船舶设计初期，为避开低谐共振，在选择主机，决定
船体主尺度时，就需要对船体梁的固有频率进行估算。
23.船体振动的危害：（1）使船体结构或机械部件在应力过大部位产生疲劳破坏，影响航行安
全，（2）影响船员和旅客的居住舒适性，影响船员的工作效率，甚至身体健康；（3）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。
24.船体振动产生的原因：外因：船体作为一个自由漂浮在水上的空心弹性梁，在营运过程中
必然会受到各种激励如螺旋桨激励、柴油机激励、波浪激励作用，激起船体的总振动和局部振动；内因：船体结构的响应。
25.螺旋桨轴频干扰力：（螺旋桨工作时所引起的干扰力与螺旋桨的形状参数，船体（包括附
体）后体线型和航速有关）轴频干扰力即螺旋桨的干扰频率等于桨轴转速的一阶干扰力；
叶频干扰力是干扰频率等于桨轴转速n乘以桨叶数Z或桨叶数倍数的高阶干扰力。
引起轴频干扰力的原因是螺旋桨的机械静力不平衡，机械动力不平衡及水动力不平衡。
26.螺旋桨叶频干扰力矩：螺旋桨诱导的高频激励，其频率等于桨轴转速n乘以桨叶数Z或
桨叶倍数，也称叶频激励或倍叶激励。
它与螺旋桨的制造质量无关，可分为两类：一是螺旋桨转动时经水传至船体表面的脉动水压力，称为螺旋桨脉动压力（螺旋桨脉动压力的产生是因为载荷效应和叶厚效应，其大小的影响因素主要是螺旋桨叶梢与尾壳板之间的间隙的大小及螺旋桨的叶数，它作用的范围主要是螺旋桨正上方的外板），其船体沿表面的积分值称为表面力;二是螺旋桨在船后工作时，由于伴流在周向分布的不均匀性，使作用在桨叶上的流体力发生变化而引起激振力，因它通过桨轴和轴承作用于船体故称轴承力。
27.主机不平衡力和力矩：主机是往复式运动机械，因此存在着不平衡力和力矩。
作用在船体
上的激振力主要有两种：一是运动部件的惯性力产生的不平衡力和力矩。
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覆力矩。
28.主动侧向力和倾覆力矩：气缸内气体爆炸压力产生的对气缸侧壁的侧向压力和倾覆力矩。
29.强迫振动的因素：强迫振动，不论对总体或局部结构，其振动大小除和激振力大小有关外，
还和结构本身的刚度、质量和阻尼有关。
其中以刚度影响最大，刚度小者则振动大。
30.船上板的振动特性：船上板是由骨架支持的连续板，边界条件：弹性固定；船上板存在初
始缺陷，船上有些板单面或双面与水接触，船底外板、甲板等存在中面力；相同尺寸的板固有频率会不同。
31.减小船体振动的措施；一、防止共振。
应使船体结构的固有频率与激励频率保持一定的差
距，即使船体结构具有一定的频率储备。
二、尾型与螺旋桨。
使螺旋桨来流和去流畅顺，尽可能避免涡旋的形成，使伴流尽可能均匀。
单桨船U型尾的轴向伴流较V型尾均匀，球型尾和开式尾间隙大，伴流变化小，脉动压力小，推力系数高。
三、柴油机及其减振。
柴油机是引起船体振动的主要激励源之一。
在满足功率、转速、尺寸、质量等指标的情况下，应注意选择具有较小不平衡力和不平衡力矩的柴油机作为主机。
柴油机的缸数越多，其一般平衡性就好。
选择主机还要考虑是否与船体发生低阶共振的可能性，尤其应避免在主机常用转速下的低阶共振问题。
近年来随着巨型船舶的发展，主机功率的增大以及尾机型船舶越来越来多，这就使得主机和螺旋桨两种激励源集中到一起，因此还要特别注意他们的阶次和相位，是否将激起船体的剧烈振动。
四、结构设计与其它减振措施。
为了提高固有频率，防止共振的发生，并减小强迫振动的振幅，在结构设计时应注意补偿所损失的刚度。
补偿垂向惯性矩的办法是设置从一舷到另一舷，并有大量纵向板的尾楼；补偿水平惯性矩则可设置平台；为了补偿剪切刚度，则可在整个机舱长度上设置边舱。
尾悬体在舵
和螺旋桨上面的悬臂部分应尽量减小，以便减小悬臂的质量，增加刚度，提高固有频率。
为了减小上层建筑的振动，要确保上层建筑与船体以及各上层建筑之间有最大的连接刚度。
32.固有振形的正交性：课本P47页（不知道如何总结，囧。
）。