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船体性能高维朗动响应三态度建模分析维朗动响应是描述船体在海上航行时所遭受的波浪激励下的船体结构响应的重要参数之一。
正确认识船体的维朗动响应对于航行性能的评估和船舶设计具有重要意义。
本文将基于船体性能高维朗动响应的三态度建模分析进行探讨。
首先，我们需要了解什么是维朗动响应。
维朗动响应（Vortex-Induced Motion，简称VIM）是指船体在海上航行时，因波浪等外界激励作用而引起的船体结构振动。
这种振动是由于波浪流经船体时，形成涡旋，从而产生的横向激励力。
这种激励力会导致船体的不稳定性，从而影响船舶的航行性能。
在进行船体性能高维朗动响应分析时，我们可以采用三态度建模方法。
三态度是指船体在波浪激励下的三种运动姿态，分别是纵向、横向和垂直运动。
对于每一种运动姿态，我们需要对其进行建模分析，以准确评估船体的维朗动响应。
首先是纵向运动姿态的建模分析。
纵向运动姿态主要包括纵向振动和纵向摇荡。
纵向振动是指船体沿纵向方向的起伏运动，而纵向摇荡则是指船体绕纵轴旋转的运动。
这两种纵向运动姿态会受到波浪的冲击力和船体结构的影响。
通过建立相应的数学模型，可以准确描述船体在纵向运动姿态下的维朗动响应。
接下来是横向运动姿态的建模分析。
横向运动姿态主要包括横向摇摆和横向滚动。
横向摇摆是指船体绕横轴旋转的运动，而横向滚动则是指船体在横向方向上的倾斜运动。
这两种横向运动姿态也会受到波浪的作用力和船体结构的制约。
通过建立相应的数学模型，可以准确预测船体在横向运动姿态下的维朗动响应。
最后是垂直运动姿态的建模分析。
垂直运动姿态主要包括上升和下沉。
上升是指船体在垂直方向上的升高运动，而下沉则是指船体在垂直方向上的下降运动。
这两种垂直运动姿态同样会受到波浪的作用力和船体结构的影响。
通过建立相应的数学模型，可以准确评估船体在垂直运动姿态下的维朗动响应。
通过对船体性能高维朗动响应的三态度建模分析，我们可以全面了解船体在海上航行时的响应情况。
基于APDL参数化设计的舰船控制柜模态分析舰船控制柜是船舶电力控制系统的核心设备，具有控制、保护、监视等多种功能，对船舶的安全、稳定运行至关重要。
为了保证控制柜的可靠性和稳定性，需要进行模态分析，以评估其结构的固有频率和振动特性，发现并排除潜在的振动问题。
参数化设计是指在设计过程中将设计变量参数化，以便以后进行修改和优化。
APDL是ANSYS的预处理器，可用于参数化设计和模拟分析。
通过使用APDL参数化设计和模态分析，可以在设计过程中快速识别和解决结构问题，提高设计效率和可靠性。
首先，利用APDL创建控制柜的三维模型并进行建模，确定控制柜的几何形状、结构材料和约束条件等参数。
然后，将这些参数进行参数化处理，定义为变量，方便后续修改。
通过设置变量范围和步长，进行参数化设计。
在此基础上，使用ANSYS进行有限元建模和模态分析，得出控制柜的固有频率和振型。
模态分析结果表明，控制柜的固有频率很高，振型稳定，满足船舶电力控制系统的要求。
但在实际使用过程中，由于海上环境的复杂性和振动的不可预知性，可能会对控制柜的稳定性和可靠性产生不利影响。
因此，需要在设计过程中考虑特定的海上环境和实际工况，进行振动分析和优化设计，以保证控制柜的稳定性和可靠性。
总之，APDL参数化设计和模态分析是舰船控制柜设计和优化的重要手段。
它可以有效提高设计效率和可靠性，减少设计过程中的试错和成本，确保船舶电力控制系统的稳定运行。
但需要注意的是，模态分析只是初步评估控制柜的振动特性，实际使用过程中还需要进行更加详细的振动分析和优化设计。
为了进行舰船控制柜的参数化设计和模态分析，需列出相关数据以进行分析。
首先，船舶类型是影响控制柜设计的重要因素之一。
不同类型的船舶在船体结构、航速、载重等方面存在很大差异，对控制柜的要求也不同。
因此，在设计控制柜时，需要了解船舶类型和基本参数，以满足船舶电力控制系统对控制柜的要求。
其次，控制柜的几何形状和结构材料也是参数化设计和模态分析的重要数据。
基于HyperWorks的船用升降设备模态分析于洁霞;花丽君;孙远韬【摘要】应用有限元软件HyperWorks,对某船用升降设备进行模态分析,获得了该设备前6阶模态的固有频率、振幅及振型等动力学特性,为进一步动力分析求解提供了参数,并将模态分析结果与发动机激振频率对比,证明了其机械设计较为合理.【期刊名称】《港口装卸》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】3页(P9-11)【关键词】HyperWorks;升降设备;模态分析【作者】于洁霞;花丽君;孙远韬【作者单位】上海研砼治筑建筑科技有限公司;无锡松邦科技有限公司;同济大学【正文语种】中文货物在船舱和甲板、码头之间的传输有3种形式：人力搬运、舰艇起重机吊运、货用升降设备运输，其中用升降设备运输最为常用。
船舶在风浪中航行时会产生摇荡，与陆用升降机相比，船用升降设备的状态经常发生突然变动，结构的振动会导致结构因共振或产生疲劳而发生破坏，因此有必要对其进行动态特性研究。
动态特性研究的方法主要有动载系数法、模态综合法和有限元法等，其中有限元法是目前设计分析复杂结构最有效的手段[1]。
本文基于HyperWorks对升降机整机结构进行模态分析，运用动态的设计理念，找出固有频率，规避对升降设备影响较大的振动频率及振型。
掌握结构不同类型的动载荷，有助于估算该设备在其他动力分析中的求解控制参数，使产品在设计阶段就可以预测其动态特性，这样可有效减小系统的振动，提高设备运行的安全可靠性。
升降设备主要由行走机构、立柱结构、变输送装置结构、导轨装置、配重系统及相关配件等组成。
主体钢结构是采用钢板焊接而成的复杂空间结构，由上下2组导靴导向，沿着导轨作垂直升降运动。
在GB/T3878-2011《船用载货电梯》标准中规定：当船舶横摇不大于±30°，摇摆周期10 s，纵摇不大于±10°，摇摆周期7 s 时，设备不应损坏。
因此设备的强度、刚度和动态特性影响了整机的升降特性、平稳特性、变形特性及振动特性等基本性能，从而影响到整机设备的安全性、可靠性和使用寿命。
船用膜片联轴器的膜片组件简化建模方法及模态试验
崔永健;温华兵;曹植博;陈文聘;夏兆旺
【期刊名称】《造船技术》
【年(卷),期】2024(52)2
【摘要】针对船用膜片联轴器的膜片组件螺栓连接的复杂性问题,基于薄层单元法对膜片组件的有限元模型进行简化,提出一种新型简化建模方法——结构分割法。
对模型静刚度进行计算,确定结构分割法中结合面单元的弹性模量和泊松比。
该方法相较于传统的薄层单元法计算效率更高。
将结构分割法模型的模态仿真结果与试验结果进行对比,结果表明,结构分割法模态分析得到的振型与试验测得的前三阶振型吻合较好,固有频率误差均在10%之内,验证简化模型仿真的正确性,可为船用膜片组件结合部动力学快速有效建模提供思路。
【总页数】5页(P8-12)
【作者】崔永健;温华兵;曹植博;陈文聘;夏兆旺
【作者单位】江苏科技大学能源与动力学院;上海船舶设备研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U664.21
【相关文献】
1.基于ANSYS WORKBENCH膜片联轴器的模态分析
2.直升机动力传动轴和膜片联轴器的模态特性分析
3.膜片受载张口对膜片联轴器周向刚度影响的研究
4.膜片
联轴器安装后膜片扭曲变形的原因及解决方法5.膜片联轴器安装后膜片扭曲变形的原因及解决方法
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基于环境激励网架结构的船舶结构模态分析摘要：现如今，随着海上航运业的迅速发展，对船舶的质量有更高的要求，船舶的振动不仅会产生大量的噪声，还会导致船体连接的结构出现松动等问题，甚至导致船体的损坏。
船舶的振动激励主要是指海浪、海风、船舶动力系统等激励，为了提高船舶结构的振动特性，本文研究了基于环境激励网架结构的船舶结构振动模态，分别对环境激励、船舶振动信号采集、模态参数识别等内容进行了研究，并对船舶结构的模态进行了仿真试验。
本文对于改善环境激励下的船舶结构振动特性有一定的参考意义。
关键词：环境激励；船舶结构；模态分析引言船舶航行过程中，结构会受到来自螺旋桨、主机及风浪流等激励作用，不可避免地会产生结构振动。
船舶振动不仅会影响船上人员生活的舒适性，还会对船上设备及船舶结构自身强度带来危害，因此船舶振动问题逐渐引起人们的重视。
1环境激励的研究环境激励是一种天然的激励方式，采用环境激励作用船舶的振动源，相比于传统的模态参数识别方法来说，具有以下优点：1.1成本低采用环境激励可以减少人工激励所需的设备成本和人力成本，节省大量的费用。
1.2效率高基于环境激励下振动模态参数辨识省略了人为加载和信号测试等流程，只需要测试激励后的振动响应数据，提高了效率。
1.3安全性高人工激励施加在结构上的区域有限，容易对局部区域的结构造成损伤，而环境激励作为整体激励，尽管能量可能会更大，但不会造成结构损坏。
2基于环境激励网架结构的船舶结构模态分析2.1频域法2.1.1峰值拾取法峰值拾取法的基本思想是系统的频响函数在其固有频率处会出现峰值点，由于环境激励前提为白噪声信号，白噪声信号的功率谱密度函数在一定频率范围内近似均匀分布，因此可以利用输出响应的功率谱密度函数近似代替频响函数。
另外该方法假定随机响应的功率谱密度函数峰值仅由一个模态确定，这样系统的固有频率可以由功率谱密度函数的峰值得到，利用识别结果挠度分布就可近似表示模态振型。
峰值拾取法的优点是算法简单且识别效率高；缺点是环境激励需满足白噪声特征，且不能识别密集模态和阻尼比，由于对功率谱密度函数峰值选取存在主观性，所以其识别精度受到影响。
基于ANSYS的船体结构模态分析吴渡平;展龙【摘要】在营运过程中,船体本身具有一个固有频率。
如果能准确知道它的固有频率,将对船舶设计有很大帮助。
本文采用目前流行的有限元分析软件,计算分析某船体吊机舱的固有频率,分析结果对设备选型与布置安装有一定的指导意义。
%During the course of the operation, the ship hull itselt has a natural trequency. 1t we can exactly know the natural frequency, it will be of great help to ship design. This paper adopt the finite？ element？ analysis？software which is popular at present to calculate and analysis the natural frequency of the ship hull, The results of analysis have a guiding value to the selection and the layout of the equipment.【期刊名称】《九江职业技术学院学报》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】3页(P31-32,39)【关键词】固有频率;有限元分析;船舶设计;网格;模态【作者】吴渡平;展龙【作者单位】九江职业技术学院,江西九江332007;九江职业技术学院,江西九江332007【正文语种】中文【中图分类】TH122;U661.42船舶是集船体机电设备于一体的水上工程建筑物。
船舶本身的运行以及机电设备的运转都具有一定的固有频率。
如果设备的运转频率达到或接近船体的固有频率,会对船体的运行尤其是结构强度产生不利的影响,减少船舶的寿命。
利用有限元分析软件ANSYS可以计算分析结构频率的功能来计算某趸船吊机舱的固有频率。
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]{.
..=++
其中，[M]、[C]和[Ｋ]分别为体系的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；{、{和{y}分别是体系的加速度矢量、速度矢量和位移矢量；{F(t)}是力矢量，包括直接作用在结构节点上的力和因非节点引起的等效节点力。
而我们在求解船体总振动的模态(固有频率和固有振型)时，是不需要考虑阻尼及激振力的作用的，即没有[C]和{F(t)}；只有船体刚度矩阵[K]和质量矩阵[M]两项。
此时，运动微分方程变为：
}..y }y .0[K]{y}}y [M]{..=+
因此，在求解船体总振动的模态时，关键是求解刚度矩阵[K]和质量矩阵[M]。
1．船体梁的刚度
对于船体梁的弯曲振动，其刚度参数由弯曲刚度（即剖面惯性矩）和剪切刚度（即剖面
的剪切面积）两部分构成。
船体梁各梁段的剖面惯性矩取该梁段两端面的剖面惯性矩的算术平均值。
2．船体梁的质量
船体总振动的质量由船舶的有效质量与附连水质量两部分构成。
船舶的有效质量包括船
体的净质量与船上货物的质量。
这部分质量由给定的数据资料获得。
附连水质量一般不能由现成的资料获得，要通过近似公式计算求得。
本文采用刘威士（F ・M ・Lewis ）、陶德（F ・H ・Todd ）等人的经验公式计算附连水质量并取一阶的值。
垂向振动时单位长度上的附连水质量公式为：
m aV = 2
1C v K i πρb 2 (kg/m) 水平振动时单位长度上的附连水质量公式为： m aH =
21C H K i πρd 2 (kg/m) 其中： ρ ——水的密度
b ——计算剖面处的水线半宽，
d ——计算剖面处的吃水，
C v 、C H ——垂向、水平振动时，船体水下部分剖面形状不同于椭圆而引入的无因次
修正系数；
K i ——三维流动引入的无因次修正系数；
i ——船体梁振动阶数；
三、三维杂交模型的建立
按照上述原理，根据给定的数据资料，建立由某船船体段的三维立体模型与艏艉一维
船体梁组成的三维杂交模型。
建模过程中遵循以下原则：
１、三维立体模型按实际结构建立，基本不作修改。
２、艏艉一维梁模型根据给定的数据建立，截面参数取梁段两端面的算术平均值。
３、附连水质量以集中质量的形式分布在节点上，三维立体部分则分布在水线以下外
板上。
４、设备质量以等效密度的形式添加到各梁段及立体部分。
５、梁段与三维模型的连接处应保证二者的刚度基本一致，产生的变形相同，通过施
加一定的约束及参数设置来控制。
按照上述原则建立的三维杂交模型如图1所示。
图1 某船的三维杂交模型
四、船体总振动的模态计算
本文采用国际通用的大型有限元程序MSC.Nastran进行计算，主要计算船体总振动的垂向振动和水平振动。
计算结果的典型振型图如图2－5所示。
图2 一阶垂向振动图3 二阶垂向振动
图4 一阶水平振动图5 二阶水平振动
五、计算结果分析
为了验证三维杂交模型结果的准确性，本文还将由此模型计算得到的结果与用迁移矩阵法的计算结果进行比较，并发现：用此法得到的结果略小于迁移矩阵法的计算结果，并且本模型还可以分析船体段的局部振动，对预测及如何减小该部分的局部振动也具有重要意义。
两种计算方法的比较结果见表一.
表一 NASTRAN计算结果与迁移矩阵法计算结果的比较
振动形式振动模态迁移矩阵法的计算结果 NASTRAN的计算结果误差
-5.7%
一阶 1.128 1.0638 垂向振动
(单位:HZ) 二阶 2.468 2.3247
-5.8%
一阶 1.938 1.8947
-2.2%水平振动
(单位:HZ) 二阶 4.188 4.0952
-2.2%六、模型的改进方向及建议
本文中附连水质量是采用集中质量的形式加入的，也可以用流体有限元或流固耦合振动的理论和方法计算。
对于形状较为特殊的船体，如SWATH船，建议采用三维模型计算有关振动问题。
对于高阶振动问题，由于局部振动的影响，有可能得不到理想的结果，需要对具体问题作进一步的分析，或参照一般方法进行。
参考文献：
[1]［美］M.帕兹著，李裕澈，刘勇生等译。
结构动力学－理论与计算 [M].北京：地震出版社.1993
[2] 金咸定,赵德有.船体振动学 [M].上海:上海交通大学出版社.2000
[3] MSC.PATRAN培训教程
[4] 翁长俭,张保玉.船体振动学 [M].大连:大连海运学院出版社.1992。
