1引言

在現代船舶設計與運行中，船體的振動問題一直是確保航行安全與乘員舒適的重要課題。船舶在行駛過程中，除了受風浪等外部自然載荷的影響外，船上動力系統、機械設備以及貨物的振動也會對船體結構產生復雜的動態效應。過度振動不僅可能導致船體產生顯著的變形、較高的振動速度和加速度，還會引發噪聲問題，對船上人員的健康構成潛在威脅，嚴重時甚至會引發結構疲勞、裂紋擴展以及安全事故。

 

近年來，隨著船舶結構形式和工況要求的不斷提高，非對稱船體梁的振動問題引起了國內外研究者的廣泛關注。尤其在波浪載荷等動態激勵作用下，大型非對稱船舶往往表現出較強的振動響應。因此，對非對稱船體梁振動響應的分析對實際工程設計、壽命評估以及安全性驗證具有重要參考價值。

 

本文主要參考了哈爾濱工程大學碩士研究生郝晨偉的學位論文中有關非對稱船體振動分析的相關內容。對對稱和非對稱船體梁兩種模型進行模態計算和比較。并將國產自主有限元軟件 iSolver 的計算結果與國外商業軟件 Abaqus 的結果進行了詳細對比，從而驗證了 iSolver 在復雜結構振動分析中的高精度、高可靠性以及良好的工程適用性。以下內容詳細介紹了模型建立、計算過程、結果分析以及總結。

2模型建立

為全面評估非對稱因素對船體梁振動性能的影響，本文分別建立了對稱船體梁模型和非對稱船體梁模型。兩者在基本結構參數上均采用相同的橫截面尺寸和基本幾何形狀，但在局部結構布置上存在明顯差異，以體現非對稱設計對動態響應的影響。具體模型參數如下：

·  船體梁基本尺寸：寬 14 m，高 10 m，梁長 100 m。

·  隔板布置：底部隔板距船體梁底部 3 m；上層隔板距頂部甲板 3 m。船板的厚度均為 0.1 m，且模型兩端均為封閉。

*創建部件

*建立對稱船體梁

*創建節點

*將節點顯示出來

*依次創建節點（0.,3.,0.）（0.,7.,0.）（0.,10.,0.）

*復制節點

*創建單元，選擇S4R單元，之后依次選擇單元的四個點，完成創建

*重復操作，創建出全部三個單元。

*對單元進行陣列

*拉伸出縱向船體結構

*陣列出橫艙壁

*賦予材料

*從材料庫中調用材料

*創建截面，截面厚度0.1

*為需要賦予材料的全部單元創建集

*將截面指派給單元

*裝配

*創建分析步

*進入mesh模塊，細化網格，網格尺寸細化為1 m

*創建作業進行計算，得到計算結果

*非對稱船體梁的模型2可同樣根據上述步驟進行建立，只是尺寸有所不同

*導出文件，在abaqus中導入進行計算即可得到abaqus的計算結果

3結果分析

在對稱船體梁的自由振動分析中，對比 iSolver 與 Abaqus 的計算結果：

對稱船體梁

對稱船體梁第七到十階振型如下圖所示。

在非對稱船體梁的自由振動分析中，對比 iSolver 與 Abaqus 的計算結果：

非對稱船體梁

非對稱船體梁第七到十階振型如下圖所示。

前六階振型均顯示為零頻率，這是因為在自由振動分析中，這些振型對應于結構的六個剛性體自由度，包括三個平移自由度和三個轉動自由度，其固有頻率理論上為零。第七階及以后的振型則反映了結構的柔性動態響應。通過圖示可以看出，第七到第十階振型不僅在振型形態上與 Abaqus 得到的結果高度一致，而且其對應的頻率值也完全吻合。這充分說明 iSolver 在捕捉船體梁振動特性方面具有較高的精度和可靠性。

 

對于非對稱船體梁，由于結構幾何的不對稱性以及隔板位置的改變，雖然前六階剛體運動依然表現為零頻率，但在后續柔性振型中出現了一些細微差異。從數據可以看出，非對稱船體梁的第七階及之后的振型在頻率數值上與對稱模型相比略有下降，這表明非對稱結構在柔性振動方面可能存在局部剛度降低的現象，進而影響振動頻率。

4小結

通過對對稱與非對稱船體梁的振動分析，本文取得了如下主要結論：

 

非對稱船體梁在局部結構剛度分布上發生變化，導致柔性振型的頻率值出現適度下降。通過兩種軟件的對比，可以看出非對稱因素對船體梁振動特性具有顯著影響。

 

iSolver 在自由振動分析中能夠準確捕捉到結構的六個剛性自由度（前六階零頻）以及后續柔性振型的真實動態響應。與 Abaqus 的計算結果完全一致，充分證明了 iSolver 在復雜結構振動問題分析中的高精度和穩定性。

 

總體而言，iSolver 作為國產自主有限元軟件，在本次振動分析中的表現令人十分滿意。其準確的計算結果、流暢的操作流程以及靈活的建模與求解能力，為國內結構動力學研究提供了一個高效、經濟且易于推廣的解決方案。對于科研工作者而言，iSolver 無 license 限制、免費開放的特點使其成為開展結構振動分析和動力學研究的理想工具，有助于降低研究成本、加快科研進程。未來，隨著進一步的優化和用戶反饋的持續改進，iSolver 將在更廣泛的工程應用中展現出更強的競爭力和應用價值。

 

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