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。

二维平面模型：是将空间的船体结构向中纵压缩后构成的平面。

三维立体模型：把船体视为一根漂浮在水中、两端完全自由、质量及剖面惯性矩沿船长变化的变截面梁。

混合模型：船尾采用三维有限元模型，而船体的前部采用船体梁，两者通过适当的处理予以连接而形成的一种杂交的三维模型。

船体局部振动——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。

船体梁振动的外阻尼和外阻尼——外阻尼主要是指船体振动时水产生的阻尼（空气阻尼一般可忽略）.内阻尼是指船体构件之间的摩擦引起的阻尼，材料的非弹性引起的迟滞阻尼和船舶所装货物之间的摩擦及货物与船体之间的摩擦产生的阻尼。

舷外水对船体总振动的影响——主要是重力的影响，阻尼的影响和惯性的影响三个方面。重力的影响归结为船体所受浮力的变化。由于浮力作用船体梁就如同置于一个弹性基础上的梁一样，对水平振动和扭转振动的影响不存在，对垂向振动的影响较小。

舷外水的阻尼包括摩擦阻尼和兴波阻尼两部分。一般来说，阻尼对自由振动的影响很小，可忽略不计。

惯性的影响反应在参与船体振动时等效质量的改变，一部分舷外水与船体一起振动，称为附连水质量，具有与船体质量同阶甚至更大的量值，可使船体自由振动频率大大降低。当船体发生低谐调振动和高谐调振动时，如何有效的减小船体总振动?

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。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。

当船体发生共振和未发生共振时，需不需要考虑由总振动引起的附加应力及其原因?

需要考虑。船体梁是浮在水面上的，当它振动时，环绕船体周围的水也将处于运动状态而产生附加应力。附加应力包括由于舷外水对船体总振动的影响而引起的复原力、附加阻尼力和附加惯性力。她们会吸收船体的一部分能量，从而使船体总振动频率降低。当船体发生共振时，其降低后总振动频率（固有频率）趋近于激振力频率。当船体未发生共振时，其降低后的固有频率远离激振力频率。考虑附加应力后，可以为有效避免船体共振提供依据。

船体振动的危害及其控制振动的主要措施

危害：1.振动及由振动引起的噪声使船员和旅客感到不舒适，容易疲劳，工作效率降低，甚至影响身体健康；2.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；3振动易使高应力区的船体结构等出现裂缝或疲劳损坏；4.振动及其产生的噪声对军用舰只的作战和隐蔽性能危害极大。

措施：1、防止共振①防止船体梁共振。使船体梁第一、二谐摇固有频率与激振力频率分别错开、15%和20%；改变船上载荷的分布来调整固有频率；改变船体梁的刚度来调整固有频率②防止局部共振。板架、梁加强，改变支持或质量，采用频率储备。2、减小螺旋桨激励。通过改变螺旋桨与船体的间隙，桨叶数，螺距，盘面比，桨的形状等来减小其激励；使用导流鳍，隧道尾，导管桨来使螺旋桨盘面内的伴流均匀，U型尾有利于减小螺旋桨激励3、减小主机激振。选择平衡性好的主机；选择恰当的安装位置；安装平衡补偿4、减小激振力的传递。减小柴油机激振力的传递，如在机座下安装减震器；减小螺旋桨激振力的传递，如采用弹性尾轴管，避振穴。避振穴的主要作用是利用橡皮膜及空气室吸收螺旋桨传来的脉动压力

船体总振动估算的目的

在船体设计初期，为避开低阶共振，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。但在设计初期，详细计算所需要的一些原始数据均还未得到，要对船体振动进行详细的计算是不可能的，而且设计的方案很多，计算工作量将相当大，故一般选用经验公式进行估算。

船体产生振动过大的原因

1、设计问题。设计时考虑不周或计算错误。船舶主尺度与主机的选择，螺旋桨与船体及

附属体间隙以及尾部线型的配合，布置和结构的连续性等；2、建造质量问题。螺旋桨制造质量差，轴线对中不良，结构连续性破坏，焊接残余应力与初挠度等；3、营运管理问题。船体装载不当，轴系变形，主机各缸燃烧不均匀，机件磨损，松动，螺旋桨受损等。