船體振動(dòng)
關(guān)注創(chuàng)建者：HMS Dragon/D35 創(chuàng)建時(shí)間：2023-02-22
船體振動(dòng)的實(shí)例教程
1引言
在現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)與運(yùn)行中，船體的振動(dòng)問(wèn)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(guò)程中，除了受風(fēng)浪等外部自然載荷的影響外，船上動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備以及貨物的振動(dòng)也會(huì)對(duì)船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生復(fù)雜的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。過(guò)度振動(dòng)不僅可能導(dǎo)致船體產(chǎn)生顯著的變形、較高的振動(dòng)速度和加速度，還會(huì)引發(fā)噪聲問(wèn)題，對(duì)船上人員的健康構(gòu)成潛在威脅，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)結(jié)構(gòu)疲勞、裂紋擴(kuò)展以及安全事故。
近年來(lái)，隨著船舶結(jié)構(gòu)形式和工況要求的不斷提高，非對(duì)稱船體梁的振動(dòng)問(wèn)題引起了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。尤其在波浪載荷等動(dòng)態(tài)激勵(lì)作用下，大型非對(duì)稱船舶往往表現(xiàn)出較強(qiáng)的振動(dòng)響應(yīng)。因此，對(duì)非對(duì)稱船體梁振動(dòng)響應(yīng)的分析對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)、壽命評(píng)估以及安全性驗(yàn)證具有重要參考價(jià)值。
本文主要參考了哈爾濱工程大學(xué)碩士研究生郝晨偉的學(xué)位論文中有關(guān)非對(duì)稱船體振動(dòng)分析的相關(guān)內(nèi)容。對(duì)對(duì)稱和非對(duì)稱船體梁兩種模型進(jìn)行模態(tài)計(jì)算和比較。并將國(guó)產(chǎn)自主有限元軟件 iSolver 的計(jì)算結(jié)果與國(guó)外商業(yè)軟件 Abaqus 的結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比，從而驗(yàn)證了 iSolver 在復(fù)雜結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析中的高精度、高可靠性以及良好的工程適用性。以下內(nèi)容詳細(xì)介紹了模型建立、計(jì)算過(guò)程、結(jié)果分析以及總結(jié)。
2模型建立
為全面評(píng)估非對(duì)稱因素對(duì)船體梁振動(dòng)性能的影響，本文分別建立了對(duì)稱船體梁模型和非對(duì)稱船體梁模型。兩者在基本結(jié)構(gòu)參數(shù)上均采用相同的橫截面尺寸和基本幾何形狀，但在局部結(jié)構(gòu)布置上存在明顯差異，以體現(xiàn)非對(duì)稱設(shè)計(jì)對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。具體模型參數(shù)如下：
· 船體梁基本尺寸：寬 14 m，高 10 m，梁長(zhǎng) 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。
展開(kāi) 四、船體振動(dòng)的噪聲
船體振動(dòng)的噪聲是由主輔機(jī)及螺旋槳的擾動(dòng)和各種機(jī)械及波浪的沖擊引起的振動(dòng)而產(chǎn)生。船體周期性的變形使殼板之間產(chǎn)生摩擦聲，及因此而使船體結(jié)構(gòu)發(fā)出各種傾軋聲等。
摘自《中國(guó)水運(yùn)（理論版）》2006年第7期《船舶噪聲污染及其控制》，作者：羅孝學(xué)、余運(yùn)茂、許庭春、葉進(jìn)。
船尾壓力變動(dòng)的預(yù)測(cè)
船體尾流的非穩(wěn)定性導(dǎo)致的非定常螺旋槳?dú)庋ìF(xiàn)象是引起船體振動(dòng)，噪聲以及腐蝕的原因。因此在設(shè)計(jì)階段的預(yù)測(cè)就顯得非常重要。本研究中，進(jìn)行了模型船的氣穴實(shí)驗(yàn)[1]以及利用MSC Cradle對(duì)同條件下的仿真[2]，預(yù)測(cè)了非定常氣穴的發(fā)生狀態(tài)，并對(duì)其船尾壓力變動(dòng)的精度進(jìn)行了考察。
氣穴形態(tài)的比較
壓力變動(dòng)分析
壓力變動(dòng)振幅的仿真與實(shí)驗(yàn)的比較
小結(jié)
利用MSC Cradle，高精度地仿真了考慮船體影響的非定常螺旋槳?dú)庋ìF(xiàn)象以及預(yù)測(cè)了由此導(dǎo)致的船尾壓力變動(dòng)。在設(shè)計(jì)階段，這樣的高精度預(yù)測(cè)為船體和螺旋槳形狀優(yōu)化提供了有效手段。 （此文由MSC Cradle技術(shù)部提供）
展開(kāi) 聲學(xué)與振動(dòng)專(zhuān)家Hottinger Brüel & Kj?r (HBK)為英國(guó)BAE系統(tǒng)公司建造的英國(guó)皇家海軍26型全球戰(zhàn)斗艦項(xiàng)目提供船體振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備（HVME）。所有8艘26型護(hù)衛(wèi)艦都將配備全新的自噪聲監(jiān)測(cè)軟件，以確保它們能夠準(zhǔn)確管理自身的聲學(xué)特征。
26型護(hù)衛(wèi)艦的任務(wù)之一是抵御潛在的入侵潛艇，因此必須監(jiān)測(cè)并盡可能降低自身的聲學(xué)信號(hào)（即艦艇及其艦載設(shè)備和系統(tǒng)投射到水中的噪聲和振動(dòng)）。
HVME由現(xiàn)成的商用設(shè)備組成，包含傳感器、數(shù)據(jù)采集、振動(dòng)測(cè)量和分析功能。該套件根據(jù)每艘船舶的布局量身定制，可在噪聲或振動(dòng)過(guò)大時(shí)觸發(fā)特定位置的警報(bào)，以便船員采取行動(dòng)降低噪聲或振動(dòng)。
新《HBK聲學(xué)與振動(dòng)產(chǎn)品簡(jiǎn)明目錄》
已新鮮出爐
點(diǎn)擊這里，查看 / 下載該目錄
您還可以通過(guò)如下方式聯(lián)系我們，了解更多產(chǎn)品與應(yīng)用詳情：
郵箱：cn.info@hbkworld.com
網(wǎng)址：www.bksv.com/zh
電話：400-900-3165（周一至周五9:00-18:00）
點(diǎn)擊這里，咨詢B&K產(chǎn)品信息：https://www.bksv.com/zh/request-a-quote
展開(kāi) 船尾壓力變動(dòng)的預(yù)測(cè)
船體尾流的非穩(wěn)定性導(dǎo)致的非定常螺旋槳?dú)庋ìF(xiàn)象是引起船體振動(dòng)，噪聲以
及腐蝕的原因。
因此在設(shè)計(jì)階段的預(yù)測(cè)就顯得非常重要。
本研究中，進(jìn)行了
模型船的氣穴實(shí)驗(yàn)[1]以及利用MSC Cradle對(duì)同條件下的仿真[2]，預(yù)測(cè)了非定常氣
穴的發(fā)生狀態(tài)，并對(duì)其船尾壓力變動(dòng)的精度進(jìn)行了考察。
氣穴形態(tài)的比較
壓力變動(dòng)分析
壓力變動(dòng)振幅的仿真與實(shí)驗(yàn)的比較
小結(jié)
利用
MSC Cradle，高精度地仿真了考慮船體影響的非定常螺旋槳?dú)庋ìF(xiàn)象以及預(yù)測(cè)了由此導(dǎo)致的船尾壓力變動(dòng)。在設(shè)計(jì)階段，這樣的高精度預(yù)測(cè)為船體和螺旋槳形狀優(yōu)化提供了有效手段。
展開(kāi) 
船體振動(dòng)的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
船體振動(dòng)的最新內(nèi)容
1引言
在現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)與運(yùn)行中，船體的振動(dòng)問(wèn)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(guò)程中，除了受風(fēng)浪等外部自然載荷的影響外，船上動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備以及貨物的振動(dòng)也會(huì)對(duì)船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生復(fù)雜的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。過(guò)度振動(dòng)不僅可能導(dǎo)致船體產(chǎn)生顯著的變形、較高的振動(dòng)速度和加速度，還會(huì)引發(fā)噪聲問(wèn)題，對(duì)船上人員的健康構(gòu)成潛在威脅，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)結(jié)構(gòu)疲勞、裂紋擴(kuò)展以及安全事故。
聲學(xué)與振動(dòng)專(zhuān)家Hottinger Brüel & Kj?r (HBK)為英國(guó)BAE系統(tǒng)公司建造的英國(guó)皇家海軍26型全球戰(zhàn)斗艦項(xiàng)目提供船體振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備（HVME）。所有8艘26型護(hù)衛(wèi)艦都將配備全新的自噪聲監(jiān)測(cè)軟件，以確保它們能夠準(zhǔn)確管理自身的聲學(xué)特征。
其中主機(jī)、發(fā)電機(jī)、螺旋槳與船體作用，船體會(huì)振動(dòng)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)噪聲。其它激勵(lì)源通過(guò)空氣傳遞到船舶艙室內(nèi)，產(chǎn)生空氣噪聲。
目前噪聲仿真分析技術(shù)已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計(jì)算船體設(shè)備的振動(dòng)引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問(wèn)題，并可以通過(guò)合理地優(yōu)化船舶總體結(jié)構(gòu)與各部件，達(dá)到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應(yīng)用示例。
因此，國(guó)際上船級(jí)社和其他機(jī)構(gòu)如美國(guó)海岸警備隊(duì) (U.S.Coast Guard) 都規(guī)定其噪聲限制，這促使船舶設(shè)計(jì)師和建造師采取各種措施去降低船體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲。在船舶領(lǐng)域，以往的實(shí)踐大都是在已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢的船舶上采用特殊器材以達(dá)到減振降噪的目的。然而，這種解決問(wèn)題的辦法所需費(fèi)用較大，如果在一開(kāi)始就結(jié)合聲學(xué)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，則不僅節(jié)省開(kāi)支，而且可以獲得更大、更好的效果。
2 軸系振動(dòng)
機(jī)械設(shè)備振動(dòng)是影響其使用壽命的重要因素之一，而船舶推進(jìn)軸系的振動(dòng)易通過(guò)軸承—基座傳遞至船體，從而引發(fā)船體的二次振動(dòng)和水下聲輻射，同時(shí)降低船舶的舒適性。
船尾壓力變動(dòng)的預(yù)測(cè)
船體尾流的非穩(wěn)定性導(dǎo)致的非定常螺旋槳?dú)庋ìF(xiàn)象是引起船體振動(dòng)，噪聲以及腐蝕的原因。因此在設(shè)計(jì)階段的預(yù)測(cè)就顯得非常重要。
振動(dòng)幅度的大小和激振力特性有密切關(guān)系，船體結(jié)構(gòu)共振振動(dòng)主要和干擾力頻率特性有關(guān)，可以通過(guò)改變結(jié)構(gòu)的剛性質(zhì)量和阻尼，來(lái)使結(jié)構(gòu)的固有頻率移動(dòng)，而受迫振動(dòng)主要是物體在周期性外力作用下的響應(yīng)。
計(jì)算結(jié)果表明，控制附體除了減小暈船率（Motion Sickness Incidence,MSI）之外，還應(yīng)該考慮其他優(yōu)化目標(biāo)，例如減少船體振動(dòng)和執(zhí)行器的操作頻率、避免空化。同年，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)遺傳算法對(duì)控制策略進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化 [53] 。
完成船舶運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系和固定坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換后，為了系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模的方便，假設(shè)船舶是一個(gè)強(qiáng)度足夠大的剛體，且運(yùn)動(dòng)環(huán)境為微幅規(guī)則波，海水運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力頻率與船體的振動(dòng)頻率無(wú)關(guān)。基于以上假設(shè)，得到船舶在海面上運(yùn)動(dòng)的運(yùn)數(shù)學(xué)模型。
