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为了保证船舶能很好地完成上述任务，船舶应具有良好的航行性能、工作性能和具有一定的强度。 船舶具有一定的强度，是指船体结构在正常的使用过程和一定的使用年限中具有不破坏或不发生过大的变形的能力，以保证船舶能正常地工作。由于一般船舶的经常工作状态是航行状态，因此设计人员应首先保证船舶在航行状态有足够的强度。 船在海洋中航行，它所受到的外力是相当复杂的。这个外力除了船的载重和装备等重量以外，主要就是水作用于船体的力。除非船是静置于水中，否则船上受到的力总是动力。动力包括水动压力、冲击力以及船在运动中的惯性力等等。这些力显然取决于海面的情况，波浪的大小(即所谓环境条件)，并且还是随机性的，这样就使得船体外力的确定显得相当复杂了。 尽管如此，人们通过长期的生产实践，分析了船体受力和变形的主要特征，认为在考虑船体强度问题时，首先把船整体当作一根梁来研究是合理的。这时将船——或者如一些文献中所说，将“船体梁”’(ship hull girder)静置于静水中或波浪上，计算在船纵向(船长方向)分布的重力与浮力作用下的弯曲变形与应力。这种将船作为一整体来研究的强度问题就叫做船体的“总纵强度”或简称为“总强度”问题，如图1-l，图中(a)称为“中拱状态”(hogging condition)；(b)称为“中垂状态”(sagging conation)。长期以来，总强度一直是船体强度校核的主要方面。 除了总纵强度以外，船体的横向构件(如横梁、肋骨、肋板等)及船体的局部构件(如船底板及底纵桁等)也会因局部荷重而发生变形或受到破坏，因此亦需研究这些横向构件或局部构件的强度问题。这类问题通常称为“横向强度”问题或“局部强度”问题，如图1-2及图1-3，以便与前述的总纵强度问题有所区别。 把船舶静置于波浪上或静水中，按简单梁的弯曲理论来研究总纵强度当然是初步的。因此随着时间的推移，人们的认识在总强度的基础上逐步提高，从而使船体强度的计算更接近 于实际。首先提出来的是稳定性问题。十九世纪后期，由于船舶尺度的增加，发现船在总弯曲时船体受压的构件(主要是中垂状态时的上层甲板)常常会因为受压过度而丧失稳定性，这样就大大减低了船体抵抗总弯曲的能力。因此在总强度计算的同时，稳定性问题就被提了出来。亦就是说，我们在研究船体总强度的时候，必须要考虑受压构件是否有失稳现象，并要分析构件失稳后的应力再分配问题，这样才能正确地反映船体总强度的承载能力。 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。 船体结构修理工艺 一，常见的几种施工工艺 1. 结构更换：更换损坏了或蚀耗了的部件，使之恢复成原有的形式； 2. 结构部分更换：考虑到整个结构更换比换困难，涉及面广，其中有的部件的蚀耗还未到非换不可的程度，征得验船师的同意，可以进行结构部分更换； 3. 结构矫正：在更换外板、甲板时采用，主要包括冷加工矫正和就地热矫正； 4. 结构拆下、矫正、装复：有时外板变形严重，无法就地矫正修复，则将外板拆下送到车间，利用机械设备进行矫正，待在外板原来的部位的内部骨架就地矫正结束后，再将外板原位装复，必要时亦可将骨架一起拆下送车间矫正； 5. 结构拆除：有时船体经过改装后，有一些结构已无存在的必要，须予以拆除； 6. 焊接工艺：（1）焊接前，接缝处应批出斜坡口，以消除夹缝空档。常见的坡口按焊接的要求有V形、Y形、X形和K形；（2）焊接表面冷却后有一层灰色的焊渣，必须铲除干净，防止夹渣。焊缝要求均匀平整，如焊坑、咬边或者烧穿钢板，均为不合格，应当刨除重焊；（3）对于旧焊缝的修理，不可直接在原有的焊缝上面加焊，应将待修的旧焊缝及其两端各延长5－8mm长度全部刨掉，批出整齐的斜坡口，然后焊接，要特别注意新、旧焊缝接合处的质量；（4）对于构件本体裂缝的焊接，必须先在裂缝的两端各钻一个止裂孔，以便使其内应力在此处向各个方向分散，然后批槽堆焊。如果焊接大尺寸的铜制构件的裂缝，除必须钻止裂孔及批槽外，还应当预先用慢火将构件烘热，保持在一定温度上焊补；（5）对于地环、羊角等的焊接，如带底座者，应按复板焊接的工艺要求进行焊接；如天底座者，其脚部应批成锥形然后堆焊，不可采用仅在圆钢角部堆焊一圈的方法。 二，船体渗漏及其修理工艺 1. 产生原因： 由于金属遭受腐蚀，其完整性就逐渐遭到破坏，在焊缝处局部强度逐渐下降，加上船舶在海面上经常收到水的压力和波浪冲击，以及船舶主机、辅机工作时引起的船舶振动，还有不正确的货物装载与移动，船舶在波浪上时而中拱，时而中垂等，在这些外力的作用下，船舶产生纵向和横向的弯曲，使船体发生变形，在腐蚀严重处就造成焊缝纹路增大，从而产生渗漏现象，这在船体外板、甲板和水密舱壁的接缝处常可见到。 2. 修理工艺： 船舶与海洋工程结构振动分析中的设备实用建模方法 摘要：随着现代化科学技术的迅猛发展，各行业都步入了一个全新且迅速的发展阶段，尤其是对于海洋领域的探索与征服。自改革开放以来，我国在船舶的研究和技术的革新等方面都已经有了全面的发展，并经过多年来的努力已经取得了非常大的进步，这对于推动我国海洋技术的发展来说是具有极大意义。本文将在海洋工程的研究基础上，对设备的合理运行进行了深入性研究，在设备应用建模上进行了相应的探讨。 关键词：船舶和海洋工程；建筑模型；技术创新 前言：科技的进步促进了船舶技术的迅速发展，为了能够更好的满足于现代化的发展现状，人们在海洋行业进行了更深入性的探索，进行了进一步的发展与创新。然而，受外界等各项因素的影响，严重的阻碍了探索的进程。而随着科学技术的不断发展，人们运用计算机网络系统可以实现人们无法完成的工程。在海洋探索方面，运用计算机建立建筑模型是新兴的，也是对于进一步探索的重要的关键的一步。下文中我们将进行进一步的探索。 1目前海洋探索以及船舶技术的模型种类 就目前我国海洋探索以及船舶技术的模型种类进行分析，其中有种模型是以建筑为中心，并进行进一步的具体分析，这种模型的特点是把不同的设备进行不同的分配，使得各个物件都可以得到充分的利用，为了更好的呈现出这种模型，人们大多用具体的图表进行演示。运用这种形式是为了更好地研究相关的货物以及设备的分布情况，从而方便决策者进一步的进行科学的决策。运用电子计算机网络系统对于相关的设备结构进行模拟，而模拟的方法是通过网络系统构造出的无数条框架结构结合成相一致的设备，这样可以方便进行更好的模拟，此外，通用的技术还有根据不同的形状大小进行分类，探究各种设备如何能够保持均匀有效的分布，合理进行分配，对于宝贵的空间资源进行充分的合理利用，更好地增加工作效率。除了相关的抽象的模型之外，有些信息还是需要通过具体的数据表现出来的，这种通过具体的数字表现出来的模型的形式也是有多种分类的。例如根据不同的信息种类也可以把模型分为以质量为主，以形状为主或者是通过具体的数字反应出准确的信息等多种形式。但是根据长期的经验来看，上文中所提到的这些常见的模型方式都存在着这样或者那样的问题，所造成最后模拟出来的信息并不是十分准确，一定程度上影响了正常的工作效率。有时候一个微小的误差都会造成严重的后果，如何解决这些问题成为了现阶段发展研究的重中之重。 2为了解决误差而提出一种新的模型方式以及这种方式的优点 现在新介绍的这种建筑模型的方式，依旧是以计算机电子网络为基础。都知道进行以上的种种研究，采取多种方法的最终目的都是为了增加船舶在航行过程中的安全系数，使得能够更加安全地航行。而为了安全航行首先所要考虑到的就是如何减轻船舶在海洋环境下的震动频率。所谓的这种频率，其摆动的大小是受多种因素共同作用影响，其中，影响最大的就是船舶本身的重量以及船的坚硬程度所决定的。对于研究同一艘船而言，船本身的重量一定是保持不变的，所要研究的就是如何增加杆的硬度，这样才能更加安全地保持行驶。而增加坚硬程度也是有多种因素的影响，这是由一个具体的公式推算出来的。我们要通过这个模型以及公式建立表格，对于表格中所提及的数据进行具体准确的分析，由此来找出 船体模态分析方法研究 杨传武陈志坚 华中理工大学交通科学与工程学院 船体模态分析方法研究 The research of hull mode analysis 杨传武 陈志坚 （华中理工大学交通科学与工程学院） 摘 要：本文讨论了用杂交有限元模型进行船体模态分析的方法研究，并实际建立了某船的杂交有限元模型，对某船船体总振动进行了详细计算。计算结果表明：杂交有限元模型的总振动计算结果略小于迁移矩阵法。 关键词：杂交有限元模型 总振动 模态分析 Abstract : A method of analyzing hull mode by hybridizable finite element model has been discussed in this paper, the hybridizable finite element model of a ship has been established and its inherent frequencies of overall vibration has been computed particularly. The computing results shows that the result of overall vibration computed by hybridizable finite element model is appreciably less than that by matrix transfer method. Key Words: hybridizable finite element model ；overall vibration ；mode analysis, MSC.Nastran 一、引言 船体是一种复杂的弹性结构，其振动问题相当复杂，而船体总振动模态则是船舶总体振 动性态的一种主要反映，在设计的早期阶段就必须考虑。传统的研究方法是将船体作为变截面杆来研究，常用的有能量法、迁移矩阵法等。有限元法是近期发展起来的用于对般体分析设计的一种新型方法，目前已成为结构动力分析的最有力工具。在用有限元法计算船体总振动的模态（固有频率和固有振型）时，可以采用一维、二维、三维的模型。一维、二维模型具有模型简单，易于计算的特点，但对高阶振动不理想，并且不能反映局部的振动特性；三维模型具有接近真实结构，计算准确的特点，但工作量较大。因此，本文考虑采用三维杂交模型，即对我们所关心的局部采用三维模型，而其它部分采用一维梁模型组成三维杂交模型，这样既可以避免繁重的工作量，又能够对我们所关心的局部振动求得准确的结果。 二、模态计算的基本原理 根据结构动力学基本原理，三维框架结构的运动微分方程为： {F(t)}[K]{y}}y [C]{}y [M]{. ..=++ 船舶机械振动及控制 对船舶的机械有害振动的控制措施主要有防振和减振两个方面，防振是指在船舶设计阶段就考虑到振动的容许标准而采取降低振动的措施，减振则是指使营运船舶的振动下降到容许的标准。 防振措施和减振措施仅仅是对象的差异及处理的角度有些不同，其基本原理是一样的，即： （1）避免共振。改变结构的固有频率或激励频率防止共振的产生。 （2）减小激励力。进行动平衡或结构改型减小激励幅值。 （3）减小振动或激励力的传递。增加阻尼以防止吸收振动能量，装设减振装置以达到减小幅值的目的。 一柴油机振动控制 柴油机时引起船体振动的主要激励源之一，因此在船舶设计初期，选择什么样的机型是至关重要的。在满足功率等指标的情况下，应注意选择具有较小不平衡力和不平衡力矩的柴油机做主机。柴油机的缸数越多，其一般平衡性就越好。 （一）防止共振 选择主机时应配合螺旋桨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。在设计阶段，先计算船体总振动的几个主要谐次的固有频率，以避免与柴油机和螺旋桨的各阶激励力共振。主机的选型应与减速齿轮箱、螺旋桨在一起考虑，在改变主机营运转速较困难时，也可改变变齿轮箱减速比或改变螺旋桨页数以达到改变激励频率的目的。 （二）减小激励力 对于存在外部不平衡力或者不平衡力矩柴油机，可以通过安装平衡补偿装置来减小振动激励力。这是一种普遍应用的防止有害振动的措施。 平衡补偿装置是使偏心质量以与主机激励频率相同的转速旋转，产生补偿力或者力矩以抵消柴油机的不平衡力，减少他们对振动的影响。按运转驱动方式可将平衡器分为两大类：一是由电动机驱动，或称电动平衡器；二是由曲轴驱动直接附装在主机上。按被平衡激励的形式又可以分为一次力矩平衡器、二次力矩平衡器和组合平衡器。 电动平衡器一般安装在船体垂向振动振幅相当大的舵机底甲板上。 (三)减小振动传递 1，隔振器 对于不平衡的主机或辅机可以在机座下装设隔振器，以减小主机激励力对船体的传递。 所要求的减震器应该柔软些，这通常只有对高速柴油机才能实现。 目前国内常用的减震器主要有橡胶减震器和金属弹簧减震器。 另外，钢丝网隔减震器在工程上的应用也得以发展。 2防振支撑 近代船用大型柴油机因采用长冲程和超长冲程，其机架横向振动是一个突出问题，成为船体激励源振动之一。当横向振动比较大时，可在主机上部与船舷左右侧间设横向防振支撑于船体连接。它通常能使机架横向振动减小50%以上，固有频率提高5%~50%。 目前常用的防振支撑主要有机械式、摩擦式、液压式三种。 （1）机械式支撑 机械式支撑使主机的刚性得到明显的增加，机架的固有频率上升，下降。但另一方面，机架的部分振动能量讲通过支撑传递至全体，有可能加剧船体的振动。（2）摩擦式支撑 摩擦式支撑的断面形状为U型。 船体结构图 船舶各部位名称如图所示。船的前端叫船首（stem）；后端叫船尾（stern）;船首两侧船壳板弯曲处叫首舷（bow）；船尾两侧船壳板弯曲处叫尾舷（quarter）；船两边叫船舷（ships side）；船舷与船底交接的弯曲部叫舭部（bilge）。 连接船首和船尾的直线叫首尾线（fore and aft line center line,centre line）。首尾线把船体分为左右两半，从船尾向前看，在首尾线右边的叫右舷（starboard side）；在首尾线左边的叫左舷（port side）。与首尾线中点相垂直的方向叫正横（abeam），在左舷的叫左正横；在右舷的叫右正横。 船体水平方向布置的钢板称为甲板，船体被甲板分为上下若干层。最上一层船首尾的统长甲板称上甲板（upper deck）。这层甲板如果所有开口都能封密并保证水密，则这层甲板又可称主甲板（main deck）,在丈量时又称为量吨甲板。 少数远洋船舶在主甲板上还有一层贯通船首尾的上甲板，由于其开口不能保证水密，所以只能叫遮蔽甲板（shelter deck）。 主甲板把船分为上下两部分，在主甲板以上的部分统称为上层建筑；主甲板以下部分叫主船体。 在主甲板以下的各层统长甲板，从上到下依次叫二层甲板、三层甲板等等。在主甲板以上均为短段甲板，习惯上是按照该层甲板的舱室名称或用途来命名的。如驾驶台甲板（bridge deck）、救生艇甲板（life-boat deck）、等等。 在主船体内，根据需要用横向舱壁分隔成很多大小不同的舱室，这些舱室都按照各自的用途或所在部位而命名，如图1-18所示，从首到尾分别叫首尖舱、锚链舱、货舱、机舱、尾尖舱和压载舱等。在货舱中两层甲板之间所形成的舱间称甲板间舱（tween deck），也叫二层舱或二层柜。 先进船型与船体结构设计技术 1 概述 1.1船型与船体结构设计技术的概念与内涵 船型，通常指船舶的类型，按不同的分类标准可以划分为许多种不同的船型。例如按载货方式可分为散货船、油船、集装箱船，其中散货船又有灵便型、巴拿马型、超巴拿马型、好望角型等系列；按航行姿态可分为排水量船、滑行艇、水翼船、气垫船、地效翼船等；按推进器型式可分为螺旋桨推进船、喷水推进船、明轮船等；按动力装置种类可分为柴油机推进船、电力推进船、燃气动力装置船、核动力装置船等。 船体结构设计是在满足船舶总体设计的要求下，解决船体结构的形式、构件的尺度与连接等设计问题，保证船体具有恰当的强度和良好的技术经济性能。船体结构设计应考虑以下几方面：1）安全性，结构设计应保证船舶在各种外力作用下，具有一定的强度和防振性能。2）适用性，结构的布置与构件尺度的选用应符合营运的要求。3）整体性，结构设计必须与船舶性能、轮机、没备、电气及通风等设计密切配合，确保船舶在各个方面都具有良好的工作性能。4）工艺性，结构形式与连接形式的选择应便于施工，选用结构材料应适当减少规格，根据船厂的设备情况和生产组织管理等特点，采用先进、高效、经济的工艺措施。5）经济性，考虑上述方面条件下，力求减少结构的重量，材料选用恰当，使船舶具有更好的经济性能。 1.2 重要性 在国防工业领域，采用新的结构形式、新材料、新型推进方式等新技术开发先进船型，是改善海军舰船总体性能、提高作战效率的重要手段。近十几年来，随着科技的进步，海军对舰船的航行性能、隐身性能、负载能力等要求不断提高；在对近海作战能力的不断重视下，舰船在浅水海域作战需要小吃水，为安装模块化装备需要宽大甲板面积，快速航渡需要高航速。常规单体船型虽然推进效率较高、超载能力强、船体结构简单、维修方便、造价低，但已较难在耐波性、快速性方面作大幅度改进。应用新技术研究开发新船型，成为军事大国提高国防工业和海军作战水平的重要途径之一。 新的船型开发离不开先进的船体结构设计技术。船型研发周期长、成本高、舰船使用期长、环境和载荷恶劣，在其使用期内可能遭遇到多种随机事故或战斗伤害，损害一旦发生，将对结构产生不利影响，导致整个船体结构失去工作或战斗能力，也造成很大的经济损失。因此，要求船体结构设计技术不断进步、领先，船体线型最优化、构件尺寸合理，工况和承载能力计算和校核精确，以支撑先进可靠的船型开发。 2 国外研究现状 船型与船体结构设计技术在国防工业领域的研究和发展突出体现在海军舰艇的需求不断升级，促使一些先进船型的开发、试验和发展，对船舶设计技术的要求也不断提高。 多体船型主要有双体船、三体船、四体船和五体船等，同单体船相比，多体船具有更加优越的浮性和稳性、耐波性、机动性和隐身性，能够大量装载，抗打击能力强，在民用和军用领域得到了广泛的应用，其各船型也是各军事大国研究的热点。小水线面双体船(SWATH)、穿浪双体船是高性能船舶中发展较快、趋于成熟的船型。美国多年来一直大力开发小水线面双体船，在小水线面双体船的线型、流体、结构、耐波性、操纵性等基础理论与研究试验方面取得了一系列成果，并拥有相当的技术储备。自1973年到21世纪初，美国开发了“卡玛利诺”号、“海影”号、“胜利”号、“搜索”号、“海刀锋”号和“无瑕”号等6型小水线面双体船型的水声监听船、试验船等。2005年，法国研制出一种SWATH型近海巡逻舰，该舰排水量2000吨，采用全电力推进系统，航速12节时续航力达5000海里，并可在6级海况下正常作业。澳大利亚INCAT公司租借给美海军的Incat 050型“联合探险”号、Incat 060型“矛头”号，以及Incat 061型等穿浪双体高速船舶用于进行系列试验、评估及操作使用。英国海军2000年 对于船舶上建结构局部振动频率的分析 摘要：当船舶在海上航行时，由于受到风浪波动的影响，船体结构的振动是不可避免的。船舶振动过大不但会对船上的船用设备产生影响，也会造成船体结构的损坏，甚至会危害船上人员的生命安全。所以在船舶的设计阶段，必须考虑船舶局部结构的振动频率问题，并采取办法对其加以控制。本文介绍了船舶振动的发展现状，具体从船舶振动的危害、现象和振源等方面，针对船舶上建结构的振动频率问题进行了简要分析。 关键词：船舶振动；局部振动；上建结构；上层建筑整体纵向振动固有频率在船舶结构的整体设计中，船舶局部振动是不可忽视的一个重要指标。近年随着我国海上船舶业的蓬勃发展，船舶的设计引入了更多的科技元素，并且功率越来越大。但是，船舶的上建结构因为有别于传统设计且刚度有所减弱，所以当船舶振动频率过大时，上建结构就会产生严重振动，威胁整个船体的安全航行。 一、船舶振动 虽然船舶在海上航行时，受波浪的影响较大。但是船舶振动的主要来源还是船舶中的各种机械。在船舶内部的机械、轴系、螺旋桨等部件运转的激励下，船舶的总体或者局部就会引起结构上的振动，这就是船舶振动。 （一）船舶振动的振源 船舶的结构是非常复杂的，它有许多的局部结构和船用设备，并且现在的船舶加装了许多高精密的电子仪器，对操作环境的要求又很高，所以船舶结构的振动首先对这些精密的船用设备来说，就是极大的威胁。实际上，船舶结构就是一种复杂的组合弹性体，如果按照振动的分布范围来说，船舶振动可以分为总体振动和局部振动；按照船体受力的角度讲，又可以分为自由振动和强迫振动。 因为在船体中机械众多，所以船舶是一个多振源系统，这种机械给船体带来的振动动力我们称之为“激励”。它们都是对船体有害的因素。船舶中主要的激励来源有螺旋桨、机械（包括主机、发电机、发动机、水泵、通风机等）和波浪。其中大部分的振动激励来自于螺旋桨。因为在船舶中，螺旋桨桨叶通过转动将水动力传承给桨轴，再由桨轴传给船体产生轴承力，另外螺旋桨也将水表面上的脉动水压力传送给船体，所以轴承力和水面的表面力是螺旋桨的主要激振来源，也就是桨激励的两种形式：轴频激励和叶频激励。影响螺旋桨系统激励的因素主要 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。其中以刚度影响最大。 9普通炸药水中爆炸对船具有一定程度的破坏作用的因素有水中冲击波，气泡，二次压力波。10螺旋桨引起的激振力主要包括轴频激振力和叶频激振力。机械部平衡引起的激振力主要包括机械静力不平衡，机械动力不平衡，水动力不平衡。 11螺旋桨叶频激扰力主要包括表面力和轴承力。影响脉动压力的主要因素是螺旋桨叶梢与艉壳板的间隙大小及螺旋桨的叶树。 12引起船体产生稳态强迫振动的主要原因是螺旋桨和主机运转时所引起的周期性的激振力。 13减小激振力的传递主要包括减小柴油机激振力的传递和减小螺旋桨激振力的传递，减小螺旋桨的激振力的传递主要包括采用弹性艉轴管，设置螺旋桨吸振穴。 14减小船体振动的结构措施主要包括上层建筑，艉部结构，机舱，其他局部结构等几方面。15单层板的声传输性质主要由隔板的刚度，阻尼，质量控制。 16船舶主要水下噪声源有机械噪声，螺旋桨噪声，水动力噪声。 新型船舶动力装置基本情况和发展趋势船舶动力装置是船舶的核心设备，船舶动力装置只有正常运行，才能够为船舶的正常运行以及船员的日常生活提供保障。船舶动力装置由主动力装置、辅助动力装置和辅机及其设备共同组成,三大部分的相互协调共同为船舶提供源源不断的动力。在船舶动力装置中,主动力装置是提供推进动力的装置,其主要有蒸汽轮机、柴油机、燃气轮机、电动机和混合动力机几种主要类型，但新型船舶动力装置包括燃气轮机推进，喷水推进，吊舱推进，表面浆推进，超导磁推进，AIP 系统等。 一、柴油机动力装置 柴油机动力装置是以柴油为燃料的内燃机,其优点在于启动速度快、运行状态可靠和功率大等。柴油机动力装置是目前应用最为普遍的船舶动力装置,因此其技术成熟度也相对更高。柴油机动力装置在上世纪60年代开始全面取代了蒸汽轮机,成为最主流的船舶动力装置。柴油机动力装置分为四冲程柴油机和两冲程柴油机,其中二冲程柴油机的特点是转速相对较低，可以直接驱动螺旋机进行工作,主要应用于大中型远洋运输船舶上。而四冲程柴油机转速较高，一般主要应用于小型运输船、客船、军舰和豪华游艇上。 二、燃气轮机动力装置 燃气轮机动力装置是以油气作为燃料的动力装置，燃气轮机动力装置其突出的特点在于装置体积较少、重量轻、加速性能强,且燃气轮机动力装置运行过程中所产生的污染物远远少于柴油机动力装置。但是,燃气轮机动力装置也存在着较多的缺点和不足，如燃气轮机的燃料一一蒸馏油价格非常昂贵、燃气轮机油耗较高、经济性不高等,因此很难在船舶当中得到普及。目前,只有少部分的高速客船和军用舰艇上配备了燃气轮机动力装置。 三、电力推进装置 顾名思义是以电动机做功来推动船舶运行的动力装置，当前在船舶动力装置中被广泛使用的推进装置主要由电动机、原动机、变频器还有就是推进变压器以及控制调节器等构成。对于操纵性能要求不是特别高的船舰来说，经常使用的轴桨推进装置如可调桨以及定距桨等，对于操作性能要求相对高一点的船舶来说，通常采用的全回转推进器。电力推进装置工艺较柴油机动力装置要更为复杂, 但具有更好的经济性以及操纵空间，较为适合于多工况特种船舶。目前多数的电力推进装置还需要配备柴油机或者燃气轮机产生电力能源,为电动机提供能源。其主要优势在于: (1) 船上大型机械设备布置更灵活、有效空间更多、费用降低 (2) 电动机由电网供电，增加了系统的可靠性，提高了生命力 (3) 减少了维护的工作量; (4) 可以采用中高速不逆转原动机，以减少设备的体积和重量 (5) 可以采用低速电动机直接与推进轴连接，省去机械的减速齿轮 (6) 操纵灵活，机动性能好 (7) 易于获得理想的拖动特性 (8) 减小螺旋桨等机械振动和噪声、环境更好 船舶电力系统和船舶电力推进系统一体化供电的船舶综合电力系统是未来发展的新趋势，该系统将船舶的电力系统和推进系统有机的组合在一起，把动力机械能源转换为电力，提供给推进设备和船上的其他设备使用，使得船舶日用供电和推进供电一体化，实现电力的综合利用和统一管理。并且伴随着船舶事业不断推进发展，这样的技能必定会得到更为广泛的应用。 在电推进动力系统中吊舱式电力推进系统是当今备受关注和重视的推进方式。吊舱式电力推进是一种全方位转动的装置，电动机直接驱动螺旋桨，具有良 大连理工大学研究生院网络学刊 NETWORK JOURNAL OF GRADUATE SCHOOL OF DUT 船体振动发展现状 摘要：本文主要介绍了2000年以后在船体振动方面的新进展，从发表的论文中归纳出近几年研究船 体振动的新发展。 关键词：总振动；局部振动；参考文献；减振； 0 引言 当船舶在海上航行时，船体结构不可避免地会很出现振动现象。早在19世纪后期，船体振动就引起了人们的注意。近年来，随着航运事业的发展，船舶吨位越来越大，主机功率和转速不断提高，引起船体振动的激振力也相应地增大了。同时，为了减小船舶构建的尺寸，减轻船体的重量，让人们广泛采用高强度钢作为造船材料，这样使得船体结构强度也跟着减小，就更易激起较大的船体振动。 1 船体总振动 计算结构的振动模态，必须首先确定力学模型和计算方法。用于船体振动计算的力学模型主要有一维梁模型、二维平面模型、三维立体模型和混合模型。计算方法主要有两类:一类以船梁理论为基础，一类以有限元法为基础。 根据文献“整船结构振动分析中的几个问题”（2006）大概可归纳出整船结构振动计算分析中涉及到的力学模型的建立、模型的结构参数、计算方法等3个问题的研究状况，具体如下：用于计算船舶整体结构振动的力学模型主要有：一维梁模型、双梁及三梁模型、二维平面模型、三维模型和混合模型。 结构参数包括附连水质量和结构的阻尼。其中，计算附连水质量的主要方法有刘威士、陶德等人的计算公式和图谱的方法，利用Green函数的边界元法以及其它一些方法；结构的阻尼系数主要是由经验和试验获得，目前主要的试验方法有对数衰减法、响应曲线法、相位研究法(相频特性曲线法)、共振最大振幅法。 计算方法的类型主要有通用程序法（包括有限元法和边界元法）、自编程序法（包括有限元法、迁移矩阵法和边界元法）、简易公式法、数据库法。 1.1 关于船体的总振动计算 1.1.1“基于等效静力算法的船舶板架结构动力响应优化设计”（2009）： 文章本文提出了一种将等效静力优化算法和分级优化算法相结合的船舶板架结构动力响应优化方法。首先利用ANSYS进行结构动力响应分析，以动荷载和等效静荷载产生相同的位移场为基础，将动荷载转化为一系列的等效静荷载；然后利用获得的等效静荷载，在MATLAB中采用分级优化算法，进行一系列的结构静力优化设计；最后再以静力优化得到的结构参数输入到ANSYS，进行下一轮结构动力响应分析，如此迭代直至获得收敛的优化结果计算结果表明，提出的优化方法大大减少了结构动力优化的计算时间，具有较好的收敛效率。 1.1.2“夹层结构振动声辐射特性研究”（2009）： 本文在前人工作的基础上，将芯层垂向压缩变形的影响引入到夹层结构的模型中来，并探讨了考虑芯层垂向压缩变形影响在夹层结构自由振动、响应计算中的合理性。推导了一种考虑芯层垂向压缩变形影响的夹层梁的动态刚度矩阵，给动态刚度矩阵法提供了一种新的单元类型。 1.1.3“船体薄壁梁弯扭耦合振动的流固耦合分析”（2009）： 文章采用耦合有限元/边界元法计算水中船体的弯扭耦合振动。文中用一维薄壁梁有限元模拟船体梁，在横剖面处用二维边界元方法计算结构表面声压，推导出表征流体对振动特性影响的附加质量阵，编制了用流固耦合方法求解船体振动模态的程序。通过与采用ANSYS软件进行耦合场分析以及刘易 V ol 38No.Z1 Apr.2018 噪 声与振动控制NOISE AND VIBRATION CONTROL 第38卷第Z1期2018年4月 文章编号：1006-1355(2018)Z1-0278-05 船舶试验典型振动问题的控制方法 付 佳，徐智言，盛利贤 （上海外高桥造船有限公司，上海200137） 摘要：由于某超大型液化气船在船舶试航期间出现明显振动问题，为了保证船舶顺利交付，急需在有限时间内提出经济有效的振动控制方案。通过应用有限元软件对局部振动结构进行模态分析，将计算结果与激励频率范围进行对比，并结合试航试验结果，找出引起局部振动的主要激励源。采用避开结构固有频率的方法，结合修改时间与优化成本，最终提出经济有效的结构优化方案。通过再次试航试验，结果表明修改后的结构振动响应有显著减少，验证了优化方案的有效性。 关键词：振动与波；船舶振动；模态分析；振动控制；实船试验中图分类号：U661.44 文献标志码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-1355.2018.Z1.058 The Control Methods for the Typical Vibration Problems in Ship Trial FU Jia ,XU Zhiyan ,SHENG Lixian （Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co.Ltd.,Shanghai 200137,China ） Abstract There are some vibration problems of the very large liquefied petroleum gas carrier during the sea trials.In order to ensure the delivery of ship,an economical and effective plan for vibration control is needed to be presented urgently.In this paper,the finite element method is used to analyze the mode of local https://www.doczj.com/doc/de4419650.html,paring the calculated results with the range of excitation frequency and the data of ship trial,the main excitation source that causes the local vibration are found.By using the method of avoiding the natural frequency of the structure as well as considering the modification time and optimal cost,the economical and effective plans are presented.In the second ship trial,the results show that the vibration response is reduced obviously after modification and the feasibility of this plan is verified. Keywords :vibration and wave;ship vibration;modal analysis;ship trial 船舶在运营过程中，会受到外界激励力的影响产生不同程度的振动，当振动过于剧烈时，会对船体结构、设备仪器以及船上人员的舒适性带来损伤。通常情况下，设计人员会从设计、建造、运营3个阶段对船体振动展开计算分析与控制工作。但是，由于影响船舶振动的因素繁多，一些振动问题在船舶设计与建造阶段未能发觉，当船舶进行试航试验时才被发现。在试航阶段解决船舶振动问题时，设计人员必须考虑优化成本与修改时间等影响因素，因此对在试航期间发现的振动问题提出振动控制方案 收稿日期：2018-03-15 作者简介：付佳（1989-），女，辽宁省葫芦岛市人，硕士，主要 研究方向为船舶结构设计、船舶振动噪声分析控制。 E-mail:just_fujia@https://www.doczj.com/doc/de4419650.html, 存在一定难度。 以某超大型液化气船为例，该船在试航期间发现驾驶室与首备件舱口角隅在主机转速为89r/min 附近时会发生明显振动现象，为了减小振动幅度，满足船东与市场要求，将对上述两部分开展减振处理。本文应用有限元计算软件对驾驶室与首备件舱口角隅进行振动模态与固有频率分析，所得计算结果与试航实测结果对比吻合，从而找出引起局部结构振动的主要原因。通过避开共振频率范围的方法，结合结构修改成本与时间，提出了一种经济有效的结构优化方案。最后通过再次实船试航试验证明优化方案的有效性，结果令船东较为满意。 目前国内文献更关注船舶在设计阶段的分析预报，而针对船舶试航期间发现振动问题并提出振动控制方案的文献较少。事实上，很多船舶在试航期 万方数据 船舶结构振动噪声分析及其进展 发表时间：2018-09-10T11:01:56.733Z 来源：《基层建设》2018年第20期作者：魏斌赵正亮 [导读] 摘要：船舶的辐射噪声是影响其隐身性能的主要因素，其由机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声三部分叠加而成。 澳龙船艇科技有限公司广东省中山市 528462 摘要：船舶的辐射噪声是影响其隐身性能的主要因素，其由机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声三部分叠加而成。机械噪声为船上机械设备在运行过程中引起结构的振动，并通过基座和管路传递到船体，引起船体振动而向水下辐射的噪声。船舶在低、中速航行时，机械噪声将成为主要的辐射噪声。 关键词：船舶结构；振动噪声；进展 引言 船舶在运行过程中使用的运转设备是产生振动与噪声的根源。船舶舱室里的振动噪声会使劳动条件恶化，对船员健康产生不利影响，给乘客带来诸多不便。因此，国际上船级社和其他机构如美国海岸警备队（U.S.Coast Guard）都规定其噪声限制，这促使船舶设计师和建造师采取各种措施去降低船体结构的振动噪声。在船舶领域，以往的实践大都是在已经设计完毕的船舶上采用特殊器材以达到减振降噪的目的。然而，这种解决问题的办法所需费用较大，如果在一开始就结合声学要求进行结构设计，则不仅节省开支，而且可以获得更大、更好的效果。因此在船舶设计阶段就进行结构的振动噪声分析是很有意义的。 1.噪声及其对人的危害 噪声，一般包含两种含义：就物理学观点讲，噪声就是各种不同频率和声压之声音的无规律组合；就生理学和心理学观点讲，凡是声级很高，造成对人体的危害，或者声级不高而使人厌烦，干扰人们的休息、睡眠、工作等一切不需要的声音都称为噪声。其危害也是多方面的：（1）噪声对语言清晰度的影响：噪声声级越强，语言清晰度就越低。在80dB的噪声环境里人们交谈已经很困难，而90dB的噪声环境里面则无法交谈。（2）噪声对人听觉的损伤：最常见的是“听觉疲劳”，即在噪声作用下，使人的听觉灵敏度暂时下降，过后很快就会恢复。这种现象也称“暂时性听力损失”。而当听觉长期暴露在强噪声环境中，至使听觉灵敏度下降变成长期的，以后不能再全部恢复，即造成“永久性听力损失”。（3）噪声危害人的健康：长期处在噪声作用下会导致中枢神经功能性障碍，表现为植物神经衰弱症侯群；强噪声作用于中枢神经，往往引起消化不良及食欲不振，从而导致肠胃病；噪声会使交感神经紧张，引起心跳过速、心率不齐、血压升高等症状。船舶舱室噪声主要对船员生理和心理的影响，如唤醒睡眠、妨碍交谈、打断思路、使人烦恼等。 2.船舶振动与噪声的控制 对于船舶振动与噪声控制，目前采用数值仿真的方法模拟船舶噪声振动问题主要基于有限元（FEM）、边界元（BEM）和统计能量分析（SEA）三种方法。有限元方法是确定性的求解方法，用于低频振动环境的预示，可以得到结构的整体模态参数。与边界元方法结合可以预示结构的振动以及内外声场的噪声辐射强度。有限元方法虽然在理论上可以在任何频率范围内求解结构的振动和噪声辐射问题，但是在求解高频问题时，由于波长很小且模态密集，要准确求解需要网格精细程度足够高（通常在一个波长范围内需要 6－10 个单元），因此模型的规模会变得非常大，求解的时间变得非常的长，反而没有了数值仿真高效的特点。其次，由于结构的高阶模态参数对许多不确定的原始参数以及许多结构细节非常的敏感，但是结构细节又不太好确定，使得有限元方法求解的精度大打折扣。另外，结构声振分析既存在振动引起的噪声辐射问题，又存在噪声引起的结构振动问题，传统的有限元方法在解决二者的耦合时比较困难。因此有限元方法通常只是用于求解低频振动噪声环境的预示。而实际上船舶的振动与噪音的控制是机舱集控室采用刚性安装的轻质五夹板内衬，其噪声插入损失不超过 20dB（A）。将集控室底甲板作双层约束阻尼处理，并采用具有减振、隔声、吸声综合降噪功能的预制组合板，拼装成一个开口朝下的箱型整体内衬，通过高阻尼隔振器座落在阻尼地板表层钢板上而不同集控室外廓接触。另外，为了减小外廓辐射声对内衬激励并减缓“空腔共鸣”与“吻合效应”，在外廓的内壁面上遍附一层矿棉毡。这些措施使集控室振动与噪声均得到有效控制，使集控室噪声插入损失达 38dB （A），同采用刚性安装轻质内衬的集控室相比，噪声插入损失约提高 19dB（A）。为减小激励幅值与减小激励的传递，除了优选主机及选择齿轮箱速比时要考虑避免由轴频激励激起船体共振外，在柴油机下设减振垫，这不仅可减小柴油机激励的传递，降低振动响应，也可减少结构固体声的传递。减振垫的参数应经理论计算，其材质宜采用橡胶，以有利于声绝缘。安装减振垫后，其油、水管路，排气管，对主机还有轴系，均必须采取弹性连接。 3.船舶噪声的控制措施 噪声的控制是环境学的一项重要内容，其基本原理与防振、减振措施的基本原理相仿，即噪声源的控制、噪声传播途径的控制以及噪声防护设备的使用。 3.1 噪声源的控制 按船舶噪声的来源，主要可以从以下三个方面采取相应措施。 （1）螺旋桨产生的噪声控制。螺旋桨发出噪声的主要原因有尾轴的静、动平衡未校准好；螺旋桨运转时产生的乱流以及桨叶通过水流时的周期性压力变化；空泡时，气泡的发生和破裂形成周期性的爆破音；桨叶上固有振动频率与叶片形成的涡流引起共鸣，形成螺旋桨的“唱音”。因此，螺旋桨产生的噪声控制，应重点采用预防的方法来实现。（2）主、辅机产生的噪声控制。控制主、辅机产生的噪声可以合理选用低噪声设备，从源头上减少船舶的舱室噪声，这也是舱室噪声控制的最有效办法。（3）通风和空调调节系统噪声控制。通风和空调调节系统应采用低速、低噪声风机；风机应安装减振器，出风口处应安装消声器，风机出风口管道和舱室中出风口处管道内应安放吸声材料；风机与刚性风管连接处改用软管过渡或采用软性接头，以降低固体噪声的传播；舱室送风管与空气分配器之间，应同样采用软风管过渡。 3.2 噪声传播途径的控制以及噪声防护设备的使用 噪声控制最积极有效的办法是从声源上去考虑。在传播途径上控制噪声主要是阻断和屏蔽声波的传播或是声波传播的能量随距离加大而衰减。因此控制噪声传播途径可从声源和接收器位置的选择，增加传播距，隔声吸声和消声等手段入手。 （1）舱室的合理布置。舱室的布置除了要满足常规设计的要求外，还必须从声学角度来考虑。布置的最基本原则是使声学要求高的舱室离声源舱室尽可能远些。大型船舶可将居住区和机舱分区设置，若机舱和居住区混在一起而无法分离，则机舱四周应设置那些无噪声要求的舱室，如卫生间、储藏室及通道等。（2）隔声技术。为了降低柴油机和发电机组运行时所传播的噪声，可以在机组表面粘贴约束阻尼船舶振动第九章
船体结构分析
船体振动学名词解释简答
船体结构修理工艺
船舶与海洋工程结构振动分析中的设备实用建模方法
华东理工---船体模态分析方法研究
船舶机械振动及控制
船体主要构件结构图
先进船型与船体结构设计技术综述
对于船舶上建结构局部振动频率的分析
船体振动
新型船舶动力装置基本情况和发展趋势
船体结构振动发展现状
船舶试验典型振动问题的控制方法
船舶结构振动噪声分析及其进展
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