船舶振动学复习
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
船体振动学名词解释简答
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。
船体振动基础——
11
第2章 多自由度系统的振动
1. 引言
• 至于取多少个自由度，可根据工程上实际所要求的精度来确 定，广义坐尽可能取在能反映结构特征的那些点上，以便更 好的逼近实际的动挠度曲线。
12
多自由度系统的特点：
船体振动基础
1
第2章 多自由度系统的振动
一、引言 二、两自由度系统的振动
2
上节课内容的回顾
1. 周期激励下系统的响应
P(t+T)=P(t)
****任何周期函数都可以展开为傅里叶级数：
∑ P(t)
=
a0 2
+
∞ n=1
(a
n
cos nωt
+
bn
sin
nωt)
∑ M&x& +
Cx&
+
Kx
=
a0 2
+
与ω1对应的振幅比ν1称为第一阶主振型。 与ω2对应的振幅比ν2称为第二阶主振型。
¾ 固有振型（主振型）
ω2 1, 2
=
a
+d 2
m
⎜⎛ a − d ⎟⎞2 + bc ⎝2⎠
v1 v2
= =
A(1) 2
A(1) 1
A(2) 2
A(2) 1
= a − ω12
b
=
a
−
ω
2 2
b
=c
d − ω12
=c
d
29
¾ 固有振型（主振型）
对应于
ω12
和
ω
山东交通学院 船舶振动复习题2013-2014年度
第二章习题2.1a.已知图中系统的弹簧为无重量的弹簧（其重量很轻，可忽略不计），质量仅作垂向运动。
试用牛M 顿第二定律列出系统的运动方程，求出系统自由振动的固有频率。
解：受力分析如图所示，由达朗伯原理得 0Mx F += 而 12121211F F x x x F k k k k ⎛⎫=+=+=+ ⎪⎝⎭ 即 1212k k F x k k =+故系统的运动方程为 12120k k Mx x k k +=+ 固有频率λ=2.1 b. 已知图中系统的直杆为无重量的弹性体，弹簧为无重量的弹簧（其重量很轻，可忽略不计），质量仅作垂向运动。
求出系统自由振动的固有频率。
M解：如图悬臂梁的右侧作用时，其挠度 F 33Fl EI δ=故其刚度为 133EIk l =系统等效为两个弹簧并联所以系统的等效刚度为11F k x =22F k x =33e EI k k l =+振动方程为 330EI Mx k x l ⎛⎫++= ⎪⎝⎭ 固有频率为λ=2.10．有一个质量为，弹簧常数为的弹簧与阻尼系数未知的阻尼器所组成的kg M 10=m N K /20000=单自由度系统。
试验结果是，在自由振动下每经过一个周期，振幅衰减了一半，求该系统的对数衰减率、阻尼比和阻尼系数。
参考公式：间隔n 个周期的自由振动振幅分别为,则其对数衰减率为n m m A A +, n m m A A n +=ln 1δ阻尼比为πδζ2=又由，其中 n n ωδ=M K M c n ==n ,2ω故MK c δ2= 第三章习题1.求解如图所示的单自由度系统在支座简谐运动时引起的运动的稳态解，图中弹簧质量不计。
0sin y y t ω=()K x y -()C xy - 解：由题意，列出系统的振动方程为 ()()0Mx C x y K x y +-+-= ，0sin y y t ω=0cos y y t ωω= 代入振动方程，为得()Mx Cx Kx y t ωβ++=+ 1C tg K ωβ-=求解系统的稳定解，即求上述方程的特解，可设特解为()()sin x t A t ωθ=-故 ()()x t y t ωθ=-3.设有一个质量悬挂在串联的弹簧和的下端，干扰力作用在两个弹簧（质量不计）的M 1K 2K sin P t ω连接处，如图所示，试列出其运动方程，并求解该振动系统的稳态解。
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。
船舶结构振动分析及减振措施考核试卷
C.优化结构的布局
D.增加载重
3.船舶结构振动的常见原因有哪些？（）
A.螺旋桨的不平衡
B.发动机的振动
C.海浪的作用
D.船体结构的疲劳
4.以下哪些软件可以用于船舶结构振动的分析？（）
A. NASTRAN
B. ABAQUS
C. SOLIDWORKS
D.以上都可以
5.船舶结构振动的固有频率受哪些因素影响？（）
A.螺旋桨
B.发动机
C.船舶货物
D.船舶灯具
19.在船舶结构减振设计中，以下哪个原则是正确的？（）
A.增加结构质量以减小振动
B.降低结构刚度以减小振动
C.合理布局以降低应力集中
D.减少结构阻尼以减小振动
20.以下哪种方法常用于船舶结构振动的监测？（）
A.振动传感器
B.红外线检测
C.超声波检测
D.漏磁检测
B.对振动问题进行及时维修
C.在设计阶段考虑减振措施
D.避免在高风险区域航行
20.以下哪些因素会影响船舶结构振动的控制效果？（）
A.减振材料的性能
B.减振装置的安装位置
C.振动的频率范围
D.船舶的运行状态
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.船舶结构振动按其传播方式可以分为表面振动和______振动。
A.提高船舶的舒适性
B.延长船舶的使用寿命
C.降低维护成本
D.提高船舶的航速
9.以下哪些材料可以作为船舶结构减振材料使用？（）
A.高弹性模量的合金钢
B.低密度泡沫材料
C.高阻尼橡胶
D.碳纤维复合材料
10.船舶结构振动可能导致以下哪些问题？（）
船舶振动讲义第九章
2）轴承力（叶频）估算 参见《船体振动学》金成定 《船上有害振动预防》人民交通出版社 注：a. 轴承力的大小取决于尾部伴流场、桨参数（侧斜
度、桨叶数）、桨转速及航速。 b.估算原理：叶频的轴承力（推力、垂向力、水平力、 力矩、垂向力矩、水平力矩）的数值按经验数据取平均 推力或平均扭矩的某一百分数。
计算方法简述：
近年来，计算表面力的经验公式有了一 定发展，基于一定数量的实船试验和模 型试验的测试数据，在理论分析基础上 用统计方法获得近似计算公式，其中较 实用的方法是霍尔顿（ Holdon）方法。 此方法是在72艘船实船试验的基础上， 用回归分析方法获得有空泡螺旋桨和无 空泡诱导的船体表面上脉动压力的预报 公式。 详见《船体振动学》金成定
第九章 船舶的主要激励
船上出现的有害振动主要是由螺旋桨、机器 （主机、发电机、发动机、泵、通风机）和波 浪激励引起的。
§9-1 螺旋桨的激励
一.概述 1.有害振动70%是由桨激励引起的。 2.因激励幅值过大或者虽然激励幅值不算太大， 但却激起船舶总体或者局部结构共振，都将造 成振动响应过大，在船上产生有害振动。
桨工作时，叶面与叶背的压力差在叶梢处形成螺旋涡系， 使桨附近水中各点的压力周期性变化，压力场内船体 结构受周期性脉压作用。桨载荷（推力和力矩）不同， 涡旋强度亦不同。
2）叶厚效应：
桨叶有厚度，在流场中运动时，该场中某一点P处的压 力将随着桨叶的接近和远离该点而发生周期性变化， 由此形成对结构的脉动压力，这种效应称为叶厚效应。
速，二阶等于2倍主机转速（每转2次）。 2.不平衡力矩的种类和作用平面：一阶、二阶均 有垂直和水平共四种。作用平面为水平面、铅垂面。
3.二阶不平衡力矩常成为船舶有害振动的主要激 励源：
船舶 振动学
外因，船体作为一个自由漂浮在水上的空心弹性梁，在营运过程必然会受到各种激励的作用，激起船体总振动和局部振动。
内因，结构的响应，即共振强迫响应。
26.振动过大的原因：1、设计问题。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。
铁木辛柯梁
变断面
计及剪切变形
计及转动惯量
计及附连水质量
普通等直梁
等断面
不计剪切变形
不计转动惯量
不计附连水质量
欧拉梁（纯弯）
17.转动惯量和剪切变形对梁固有频率的影响：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。
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
13.准周期振动：由若干个简谐振动所组成的振动虽不是周期性的，但它的特性基本上与周期性的振动相接近，称为准周期性振动。（若任意两个谐振频率之比均为有理数，则此振动是周期性的）
重庆市考研船舶与海洋工程复习资料船舶结构力学重难点梳理
重庆市考研船舶与海洋工程复习资料船舶结构力学重难点梳理船舶结构力学是船舶与海洋工程领域中的一门重要课程，它研究船舶结构的受力、变形和破坏等问题。
对于考研学子来说，船舶结构力学是一个重要的复习科目。
本文将梳理重庆市考研船舶与海洋工程复习资料中船舶结构力学的重难点，帮助考生更好地备考。
一、船体受力分析船体受力分析是船舶结构力学的基础，也是考研中经常涉及的一个重点。
在船体受力分析中，需要了解船体的静力特性和动力特性，以及船体在浮动状态下所承受的静荷载和动荷载。
在备考过程中，可以结合相关习题进行练习，提高对船体受力分析的理解。
二、寿命分析与结构设计船舶的寿命分析与结构设计是船舶结构力学的重点和难点之一。
它涉及船舶结构的疲劳分析、强度计算和结构优化设计等内容。
在备考过程中，可以通过学习相关理论知识，掌握船舶结构的疲劳损伤机理和疲劳寿命计算方法，以及结构的强度计算和结构的疲劳寿命提高方法。
三、塑性力学与结构失稳塑性力学与结构失稳是船舶结构力学的另一个重要内容。
它研究船舶结构在超过弹性限度时的变形和破坏行为。
在备考中，可以通过学习相关理论和分析方法，了解船舶结构在受到大荷载作用时的塑性变形和失稳现象，并能够进行相应的分析和计算。
四、船舶振动与噪声分析船舶振动与噪声是船舶结构力学的另一个重要内容，也是船舶与海洋工程中的一个热点问题。
它涉及船舶的结构振动分析、噪声控制和船体的舒适性设计等方面。
在备考过程中，可以通过学习相关理论和分析方法，理解船舶的振动特性和噪声产生机理，以及相应的控制方法和设计要求。
五、船舶结构检测与修理船舶结构检测与修理是船舶结构力学的实际应用部分。
它涉及到船舶结构的定期检测、维修和修复等工作。
在备考中，可以通过学习相关理论和实际案例，了解船舶结构的检测方法和修理技术，以及相应的船级社规定和修船工艺。
在复习船舶结构力学的过程中，需要掌握相关理论知识，并能够灵活运用到解决实际问题中。
同时，还要通过大量的习题练习和真题模拟，巩固和加深对知识点的理解。
船舶柴油机振动、噪声及废气排放考试
ll第二章船舶振声激励源1.柴油机激励力：①运动部件上的惯性力形成的不平衡力和力矩，其主频率是低谐次的。
②气缸内气体爆发压力产生的侧推力和倾覆力矩，其频率是高谐次的。
2.螺旋桨激励力：①螺旋桨回转时作用在它附近的船体表面上的变动水压力，称为脉动压力。
它是沿船体表面进行积分得到的，又称表面力。
②作用于桨叶上的变动流体力所激起的激励，通过轴系、轴承传给船体，又称轴承力。
3.载荷效应:随着螺旋桨的旋转，桨叶周期性地时而接近该点，时而远离该点。
因此由涡引起该点压力也相应地时大时小周期性地变化，这是产生脉动压力的起因之一；因为涡强度和螺旋桨载荷有关，则称这部分脉动压力为载荷效应。
4.叶厚效应：圆柱体在流场中运动，流场中某一点P处所受压力必将随着圆柱接近和远离该点而发生周期性变化的效应。
5.小结：载荷效应和螺旋桨的负荷有关，即与螺旋桨的推力和扭矩有关；而叶厚效应则与螺旋桨的几何尺寸，主要是螺旋桨叶的厚度有关。
脉动压力的主要频率成为螺旋桨叶频和叶频的整数倍，其大小主要取决于桨叶的几何要素、船体尾部的线型、伴流特性、桨轴转速、功率、螺旋桨叶梢与尾壳板之间的间隙，以及螺旋桨的叶数等。
最主要的影响因素：梢系的大小及螺旋桨的叶片数。
梢系↑，脉动压力↓，梢系到一定大小，脉压减小变化很少。
螺旋桨叶数↑，脉动压力↓。
（表面力、轴承力计算无）6.波浪激励源:①轻载状态时船首底部出水后再入水产生的冲击②满载状态时船首甲板上的冲击③船首部外夹板的外源波浪的冲击。
这种冲击引起的船体瞬态响应主要是二节点衰减振动，与风浪的大小、船舶航速、航向及首吃水有关，称为冲荡。
7.波激振动：在风浪不大的海洋中航行时，船体经常发出持续的垂向二节点振动，形成尾部上层建筑十分剧烈的纵向振动，这种振动是由波浪产生的非冲击准定常激励力引起的，常称为波激振动。
（回转激励力：、轴系激励力：轴系自身的质量偏心、联轴节安装不良、排气压力波、舵）8.过度振动的后果：①使船员和旅客极度不适，容易疲劳和损害健康，使机器和仪表工作失常，寿命缩短，甚至失灵损害②使高压力区的船体结构等出现裂缝或疲劳破坏③引起噪声，影响人员工作和健康以及舰船作战性能和潜藏隐蔽性第三章船舶机械及控制1．船舶机械有害振动的控制措施：防振和减振两种，防振是在船体设计阶段考虑到振动的容许标准而采取降低振动的措施；减振是在船舶使用阶段使营运船舶的振动下降到容许标准。
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，
振动学复习2222
1.粘性阻尼力：当系统以较低的速度在外界粘性流体中运动时所产生的阻尼力。
2.流体动力阻尼力：当系统以较髙的速度在外界粘性较小的流体中运动时所产生的阻尼力，也称作非线性粘性阻尼力。
3.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，两者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。
船体局部结构对于整个船体所作的附加振动称为局部振动4.船体总振动及分类将船体视为一个整体的船舶总体振动。
分类：垂向振动；水平振动；纵向振动；扭转振动5.船体局部振动船体局部结构对于整个船体所作的附加振动称为局部振动分类：板的振动；板架的振动；上层建筑的振动；尾部振动6.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，由于浮力的作用船体梁就如同置于一个弹性基础上的梁一样。
因此对于水平振动和扭转振动来说，这种影响是不存在的，对于垂向振动这种影响一般较小，可不计入。
（2）阻尼的影响：舷外水的阻尼包括摩擦阻尼和兴波阻尼两部分。
一般来说，由于阻尼对自由振动的影响很小，可忽略不计。
但在计算共振区域内强迫振动振幅时，必须考虑阻尼的影响。
（3）惯性的影响：反映在参与船体振动的等效质量的改变。
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。
7.船体振动的危害与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)振动会使船上的各种机械设备、仪器、仪表不能正常的工作，寿命缩短或失灵损坏。
(3)振动易使高应力区的船体结构等出现裂缝或疲劳损坏。
主要措施：（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。
船舶振动学习题
船舶振动学试卷一、判断题1工程共振现象时振幅无穷大 (×)2阻尼消耗能量,使振动减弱 (√)3无阻尼振动系统振动频率比有阻尼的小 （√）二、问答题1、 船体振动的危害？答：1.使船体结构或机械部件在应力过大部分产生疲劳破坏，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。
另外还会激发噪声，对军舰来说还会影响隐蔽性。
2、 船舶振动的激励源因素有哪些？答：主要激励源是螺旋桨和主机，它们以不同的转速运转时都将激起周期性激励，使船体发生稳态强迫振动。
而波浪的冲击、火炮发射的后座力，抛锚等引起的激励则是非周期性的，因为这些激励对船体的作用时间短，只引起船体衰减振动。
其它激励：波浪（抨击，甲板上浪，拍击），轴系，排气脉冲，锚机及其它各种机械设备，管道和泵。
3、 船体总振动的分类？估算的目的是什么？答：分类：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水平方向的弯曲振动）这两者的振动方向均垂直于船体纵向轴线，故又称横振动（铅垂方向的横振动和水平方向的横振动）3扭转振动（船体横剖面绕纵向轴线扭转的振动）4纵向振动（船体横剖面沿其纵向轴线作纵向拉压的往复振动）目的：在船舶设计初期，当选择主机，决定船舶主尺度时，必须考虑避开低阶共振，亦即需要知道船体低阶固有频率，这是船体振动预报的重要内容。
4、 影响船舶总振动的因素有哪些？答：因素：激振力，阻尼，质量，刚度。
有质量和刚度可以推出总振动的模态即频率振型，有激振力和阻尼可以推出船舶响应。
5、 船体的局部振动指哪些振动？答：上层建筑，机舱，尾部，桅杆，甲板，双层底处的振动。
6、 螺旋桨轴承力产生的原因是什么？答：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。
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。
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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。
螺旋桨工作时所引起的干扰力（轴频干扰力、叶频干扰力、表面力、轴承力）的概念、产生的原因、与那些因素有关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:概念：激振频率等于桨轴转速的一阶激振力，它是由螺旋桨的机械不平衡引起的(与制造质量有关)；产生原因：A．机械静力不平衡（加工不准确，材料不均匀，工艺工差分布不均匀，桨叶形状不同等） B．机械动力不平衡（各桨叶在轴线方向略有错开，而使各桨叶的重心不在同一盘面内） C．水动力不平衡（各桨叶的几何要素不相同，就会产生水动力不平衡的情况）叶频干扰力:概念:激振频率等于桨轴转速n乘以桨叶数或桨叶数倍数的高阶激振力，它是由螺旋桨在不均匀流场中工作引起的(与制造质量无关) 。
分类：表面力：概念：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），沿其船体表面的积分值（合力）称为表面力。
产生原因：叶面叶背压力差使水流在叶梢处形成螺旋涡系；叶厚效应主要影响因素：螺旋桨叶梢与艉壳板的间隙大小；螺旋桨的叶数轴承力 :概念：螺旋桨在船后工作时，由于伴流在周向分布的不均匀性，使作用于桨叶上的流体力发生变化而引起的激振力，因它通过桨轴和轴承作用于船体，故称为轴承力。
轴承力只在不均匀的流场中存在，伴流越不均匀，轴承力就越大。
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的间隙大小及螺旋桨的叶数。
它作用在外板的范围主要在螺旋桨正上方。
柴油机运转时作用在船体上的周期干扰力：不平衡力和平衡力矩、侧向压力和倾覆力矩的概念、产生的原因、与那些因素有关运动部件的惯性力产生的不平衡力和不平衡力矩，其幅值及频率取决于这运动部件的质量、发火顺序、缸数、冲程数、曲柄排列顺序及转速等。
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，其幅值及频率取决于缸径、工作压力、曲柄连杆长度比、缸数和冲程数。
船上板的横向振动的特点：（1）船上有些板单面或双面与水接触（2）船上板是由骨架支持的连续板，与边界条件有关（3）船体外板、内底板、甲板等存在中面力（4）船上板存在初始缺陷（5）相同尺寸的板固有频率不同（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）。
23、船体防振与减振措施的基本原理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系统自由度：确定振动系统的运动所需的独立坐标数目即为系统的自由度数。
若一个系统只需要用一个坐标来确定，则为单自由度系统。
广义坐标：确定系统在空间位置的独立参变量称为广义坐标线性振动：系统的振动可以用常系数线性微分方程来描述，称为线性振动固有振动：系统除受重力影响外，只受到弹簧恢复力作用，而不受其他外力的作用固有频率：对应固有振动，仅取决于系统的固有性质，与初始条件无关干摩擦阻尼力：系统与外界的固体相接触运动时，即产生摩擦阻尼，称干摩擦阻尼，也称为库伦阻尼，方向与运动方向相反，大小取决于正压力N与干摩擦系数μ（与静摩擦力类似）准周期振动：由若干个简谐振动所组成的振动虽不是周期性的，但它的特性基本上与周期性的振动相接近，称为准周期性振动。
（若任意两个谐振频率之比均为有理数，则此振动是周期性的）稳态振动部分：由于振动的存在，自由振动部分很快消失，最后剩下的振动仅为强迫振动，称为稳态振动部分或稳态响应。
铁木辛柯梁理论：一般的梁单元是基于初等力学中的平断面变形的假定，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，可以不计。
这对高度远小于跨度的实腹板梁来说不会引起显著的误差，但对于有些空腹梁或者高度跨度比不是很力的数值相对较弱，对低阶振动的主振动形式与频率影响不大，故可当做无阻尼振动考虑。