船体振动学第3章.
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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)。
绪论单元测试1.要产生振动,需要()。
A:时变作用B:空气C:弹性D:质量答案:ACD2.属于振动的是()。
A:敲鼓B:钟摆C:心脏搏动D:说话时的声带答案:ABCD3.已知船体结构的动态特性,计算在输入作用下的输出。
属于()。
A:系统识别B:响应分析C:环境预测D:系统设计答案:B4.在已知外界激励下设计合理的船体系统参数,使系统的动态响应或输出满足要求。
属于()。
A:系统识别B:响应分析C:系统设计D:环境预测答案:C5.已知系统的输入和输出,求出船体系统的参数。
属于()。
A:系统识别B:系统设计C:环境预测D:响应分析答案:A6.在已知系统的响应和系统参数的条件下,预测系统的输入。
属于()。
A:系统识别B:系统设计C:环境预测D:响应分析答案:C第一章测试1.在下图所示的结构中小球质量为m,梁的质量忽略不计,梁的长度为L,截面惯性矩为I,材料的弹性模量为E。
若要使小球的自振频率ω增大,可以()。
A:增大IB:减小EC:增大mD:增大L答案:A2.如图a所示,梁的质量忽略不计,小球的自振频率;若在小球处添加刚度为k的弹簧,如图b所示,则系统的自振频率ω1为:()。
A:B:C:D:答案:D3.单自由度系统自由振动的幅值仅取决于系统的()。
A:固有频率B:质量C:初速度和初位移D:刚度答案:C4.已知某单自由度系统质量为m,刚度为k,阻尼系数为c,阻尼因子为ξ。
若令系统刚度为4k,则下列说法正确的是()。
A:新的阻尼因子为1/2 ξB:新的阻尼因子为1/4 ξC:新的阻尼系数为1/2 cD:新的阻尼系数为1/4 c答案:A5.单自由度系统只有当阻尼比时,才会产生振动现象。
()A:ξ<1B:ξ≤1C:ξ>1D:ξ=1答案:A6.已知结构的自振周期T=0.3s,阻尼比ξ=0.04,质量m在y0=3mm,v0=0的初始条件下开始振动,则至少经过个周期后,振幅可以衰减到0.1mm以下。
()A:14B:13C:12D:11答案:A7.速度导纳的单位是()。
船舶轴系振动研究引言随着全球贸易和交通的发展,船舶运输作为重要的水上交通方式,扮演着越来越重要的角色。
然而,船舶运行过程中可能会遇到各种问题,其中船舶轴系振动问题尤为突出。
船舶轴系振动不仅影响船舶的运行效率和安全性,还可能对船体结构造成损害,因此对于船舶轴系振动的研究显得尤为重要。
相关研究在过去的几十年中,船舶轴系振动问题已经引起了国内外学者的广泛。
他们针对船舶轴系的振动特性、影响因素以及控制方法等方面进行了深入研究。
研究结果表明,船舶轴系振动主要受到螺旋桨、船体结构、轴系不平衡等多种因素的影响。
此外,船舶轴系振动问题不仅涉及到船舶运行过程中的稳定性,还与船体结构的疲劳损伤密切相关。
研究方法本文采用理论分析与实验研究相结合的方法,对船舶轴系振动问题进行深入研究。
首先,利用有限元分析软件对船舶轴系进行建模,并进行模态分析以获取轴系的固有振动特性。
其次,通过实验测试,获取船舶轴系在运行过程中的振动数据,包括振动位移、速度和加速度等。
最后,对实验数据进行频域和时域分析,探讨船舶轴系振动的内在机制。
实验结果与分析实验结果表明,船舶轴系振动主要集中在低频区域,高频区域的振动幅度较小。
通过对实验数据的频域分析,发现船舶轴系振动主要表现为纵振和横振,且两者之间存在耦合现象。
此外,实验结果还显示,船舶轴系振动的幅值和频率受到螺旋桨转速、负荷等因素的影响。
在时域分析方面,研究发现船舶轴系振动具有非线性特性,且在不同工况下表现出明显的复杂性。
通过对实验数据的详细分析,发现船舶轴系振动主要受到轴系不平衡、螺旋桨激振力等多种因素的影响。
此外,船体结构的固有振动特性和阻尼比对船舶轴系振动也有重要影响。
讨论根据实验结果和分析,本文对船舶轴系振动的原因进行了深入探讨。
研究发现,船舶轴系振动主要受到螺旋桨激振力、轴系不平衡等因素的影响。
为了有效控制船舶轴系振动,可以从以下几个方面入手:1、优化螺旋桨设计,减小螺旋桨的激振力。
通过改变螺旋桨的叶片形状、数目等参数,降低螺旋桨运转过程中产生的激振力,从而降低船舶轴系振动的幅度。
船体振动试验规范1 范围本规范规定了船体振动测量的方法。
本规范适用于海上和内河商船由推进装置和机械设备的激励所引起的船体与上层建筑中正常工作和居住场所的的稳态振动测量。
舰艇可参照执行。
2 试验目的测定船体振动特性,用于评价商船工作和居住场所的振动。
3 试验仪器、设备3.1 一般应选用多通道并能长期保存记录的电子测量系统,通常由传感器、放大器、滤波器和记录器组成。
3.2 应具有较宽的频率范围和幅值线性,要满足被测部位的频率和幅值要求,并能适应船上温度、湿度和噪声等环境条件。
3.3 传感器安装要牢固,方向正确,导线走向和布置合理。
3.4 仪器的灵敏度、幅频特性、幅值线性必须定期进行计量检定或校准;取得合格证证书方可使用。
3.5 在能满足测量要求前提下,可以使用单点测量的电子仪器或手持机械式测振仪。
4 试验条件4.1 水面保持平静,气象条件不应对测量值有较大的影响,一般应在3级海况以下。
4.2 水深不小于船舶吃水的5倍,离岸距离应不小于船宽的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。
4.3 船舶应处于满载或压载状态,压载时尾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。
4.4 拖(推)船应在单船航行状态或带驳船航行状态下测量,内河船应在逆水或静水中测量。
4.5 船舶应保持稳定航向,操舵角应保持在±2o之内。
4.6 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。
4.7 主机运行工况一般为额定转速和营运转速。
4.8 如有需要,个别机械装置可单独运行。
5 试验项目按如下的测量位置和方向进行振动测量。
5.1 船体尾部上(主)甲板纵中剖面尾端,方向:垂向、横向和纵向。
5.2 上层建筑5.2.1 驾驶甲板上,纵中剖面与前缘围壁的交点,方向:垂向、横向和纵向。
5.2.2 上(主)甲板上,纵中剖面与前缘围壁的交点,方向:垂向、横向和纵向。
5.3 生活舱室5.3.1 起居室中央部位,方向:垂向、横向和纵向。
中 国 船 级 社波激振动和砰击颤振对船体结构疲劳强度影响计算指南北京2015年1月指导性文件GUIDANCE NOTESGD01-2015简要编写说明船舶在海浪环境的波浪力作用下会产生波激振动和砰击颤振现象(对该现象的介绍见正文第1章),这种现象将对船舶结构疲劳寿命产生影响。
本社就波激振动和砰击颤振对船体结构疲劳强度的影响进行了相关研究,该研究包括模型水池试验研究和理论计算分析。
研究表明:波激和砰击诱导船体梁振动所产生的垂向波浪弯矩高频分量对船体结构疲劳损伤有一定的贡献。
基于上述研究并参考国内外该领域的研究成果,本社编制了《波激振动和砰击颤振对船体结构疲劳强度影响计算指南》,本指南旨在为评估波激和砰击诱导的船舶振动对结构疲劳的影响提供计算指导性文件。
本指南采用载荷直接计算、水弹性分析和疲劳损伤等效的方法算得波激振动和砰击颤振对疲劳强度影响相关的垂向波浪弯矩的影响系数。
本指南应与本社的相关疲劳评估指南或规范一并使用进行船舶结构的疲劳评估。
目 录第1章 波激振动和砰击颤振现象 (1)1.1 波激振动现象 (1)1.2 砰击颤振现象 (1)第2章 一般要求 (2)2.1 适用范围 (2)2.2 基本假定 (3)2.3 波激振动和砰击颤振计算要求 (3)2.4 波激振动和砰击颤振对疲劳强度影响计算流程 (3)2.5 符号规定 (4)第3章 基本条件 (5)3.1 装载工况 (5)3.2 波浪环境 (6)3.3 S-N曲线 (6)第4章 线性波激振动对船体结构疲劳强度影响计算 (6)4.1 疲劳损伤计算 (6)4.2 线性波激振动对疲劳损伤的贡献度 (10)第5章 非线性砰击颤振和波激振动对船体结构疲劳强度影响计算 (10)5.1 应力响应 (10)5.2 疲劳损伤计算 (10)5.3 非线性砰击颤振和波激振动对疲劳损伤的贡献度 (11)第6章 船体结构疲劳强度评估 (11)6.1 计及线性波激振动影响的疲劳强度评估 (11)6.2 计及非线性砰击颤振和波激振动影响的疲劳强度评估 (12)附录波激振动和砰击颤振计算参数 (13)第1章 波激振动和砰击颤振现象1.1 波激振动现象1.1.1 当船体结构刚度较低、航速较高时,船体结构在波浪力激励下会产生所谓的“波激振动”现象。
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。