船体总振动响应计算课件

四、船体总振动响应计算

四、船体总振动响应计算

1、1概述一、船体总振动形式的分类（1）垂向振动（2）水平振动（3）纵向振动（4）扭转振动二、船体的尾部振动扇形振动：以船尾部剧烈振动为主的总振动的强迫振动形式。发生的原因：（1）船尾作用高频激振力，激起低阶固有振型的振动，这种振动在尾部区域相位相同，振动响应叠加加剧尾部振动；而在其它船体部分，相位不一致，振动响应抵消减小。1、1概述（2）在阻尼作用下，尾部的振动能量从船尾到船头逐渐衰减，船尾部振动剧烈，首部振动逐渐减小。（3）尾部船楼伸出船体较长，刚性变小，使船尾结构与船体结构连接减小，尾部发生象悬臂梁一样的振动。（2）在阻尼作用下，尾部的振动能量从船尾到船头逐渐衰减，船尾三、上层建筑振动表现为三种形式：（1）伴随船体梁的垂向（船体梁中拱中垂）和纵向振动-刚体运动（2）上层建筑梁的弯曲和剪切耦合振动纵向振动垂向振动三、上层建筑振动（2）上层建筑梁的弯曲和剪切耦合振动纵向振动（3）支撑甲板结构的塌陷引起上层建筑的变形弯曲和剪切振动甲板塌陷变形弯曲分量（3）支撑甲板结构的塌陷引起上层建筑的变形弯曲和剪切振动甲板2.1舷外水对船体振动的影响一、舷外水对船体振动的一般影响（1）垂向受力影响

垂向振动时，任意瞬时船体受到浮力作用，船体象坐落在弹性基础上的梁，不同振动位移时，浮力大小发生变化，影响船体的振动。但是浮力变化对振动的影响是小的，可忽略不计。

（2）阻尼影响

舷外水影响船体振动阻尼：水与船体表面的摩擦阻尼。但舷外水对于船体振动阻尼的影响不能单独考虑。

（3）惯性影响

船体振动时，部分水附着船体表面，与船体同时振动，该部分水该变了振动系统的有效质量，使振动系统的质量增加，影响船舶振动的惯性力。该部分水称为附连水。附连水与船舶质量属于同一量级，船舶振动时必须考虑附连水影响。

2.1舷外水对船体振动的影响二、附连水质量计算

由流体力学可知，无限长椭圆截面柱体全部浸没于水中,在垂向做加速度运动时,单位长度周围的液体动能为:单位长度上液体的质量为对于非椭圆截面,需要乘以修正系数C,得到单位长度上的附连水质量:柱体全部浸没于水中.当1/2截面漂浮在水面振动时,单位长度上附连水质量减半:1、振动方向对附连水质量的影响垂向振动系数二、附连水质量计算由流体力学可知，无限长椭

水平振动系数2、船体周围水的三维流动对附连水质量的影响

船体周围流体是沿三个方向流动，上述附连水确定时，仅考虑了流体沿两个方向流动，即按照二维流体处理，这种处理方法使得附连水质量计算结果偏高，所以必须考虑三维流动特性，修正单位长度上的附连水质量。修正方法是引入三维流动系数K，K小于1：3、浅水对于附连水质量的影响

浅水使得附连水质量增大，考虑水深和水线处半宽，引入浅水修正系数，其大于1，并且与振动方向有关。垂向振动水平振动b:水线处的半宽d:吃水水平振动系数2、船体周围水的三维流动对附连水质量的影响

航道狭窄使附连水质量增大，引入航道狭窄修正系数，其大于1。：水深2.2船体总体振动固有频率和振型计算一、船体总振动计算的力学模型船体总振动计算的力学模型为沿船长方向质量和刚度非均匀分布的自由梁。1、自由梁单位长度的总质量

单位长度总质量包括船体结构货物等自身质量，还包括舷外附连水在内，即单位长度总质量为单位长度附连水质量的一般计算公式：垂向振动附连水：水平振动附连水：4、航道狭窄对于附连水质量的影响航道狭窄使附连水质量增大，引入航道狭窄修正系数2、船体梁结构剖面惯性矩的计算将船体划分为20个站段，计算每个站段剖面的结构惯性矩。剖面构件面积计入的原则与总强度相同，即考虑剖面抵抗总纵弯曲的有效性，计入构件面积。主要包括：纵向强力构件比如纵骨、纵桁、外板等构件，间断构件中部面积可以参与总弯曲，其两端参与总弯曲的有效性降低，构件面积需要打折扣。为简化计算，取每个站段的惯性矩相同,参考坐标系2、船体梁结构剖面惯性矩的计算参考坐标系

2.2船体振动阻尼船体阻尼分为结构内阻尼与外阻尼。但是严格区分内阻尼和外阻尼是十分困难的，至今仍然将二者统一考虑。1、船体阻尼的分类（1）外阻尼引起外阻尼的原因包括：水与船体表面摩擦，振动压力波、表面波消耗能量。外阻尼远小于内阻尼，很难严格区分外阻尼的大小。（2）内阻尼引起内阻尼的原因包括：结构振动时材料的应变阻尼：结构变形过程消耗振动的能量，与船用材料的特性有关。货物阻尼：来源于货物的相对运动，如散货在船舶运动过程的移动，液体的晃荡等。

结构的构造阻尼：构件连接结点的处摩擦，例如，焊接结构结构阻尼小于铆接结构。一般将内阻尼和外阻尼统一考虑。2、船体阻尼的假设目前还不能够准确确定的船体的阻尼。关于船体的垂向振动阻尼由以下几种假设：（1）与船体梁振动位移成正比的粘性阻尼

麦克尔德瑞克（R.T.Megoldrik）假设：麦氏阻尼假设是将阻尼处理为相当于船体周围介质的阻尼。其中阻尼系数为：与质量成正比包括船舶自身质量和附加质量。3、船体梁的相当剪切面积结构的构造阻尼：构件连接结点的处摩擦，例如，焊接结构结构阻尼

剪切面积影响很大，特别对于高阶振动，影响更加重要，因此需要考虑剪切面积，计算振动频率。（1）按腹板面积方法计算剪切面积将垂向板面积相加，即：舷侧板+纵舱壁（2）倾斜板的处理：4、剖面回转半径计算每个站剖面的回转半径，每个站距的回转半径等于相邻剖面回转半径的平均值。转动惯量的计算模型：将船体横剖面简化为矩形剖面，如下图：剪切面积影响很大，特别对于高阶振动，影响更BD剖面转动惯量为：

横剖面积为：则转动惯性半径为：2.3简谐激振力作用下的振动响应首先计算出固有频率和振型,采用振型叠加法计算分布简谐干扰力为：模态方程：BD剖面转动惯量为：横剖面积为：则转动惯性半径为：2.3

1）船体干扰力为分布的干扰力船体梁的振动响应为2）船体干扰力为集中干扰力激振模