船體振動(dòng)主講：夏利娟Email:xialj@2024/4/212024/4/21回顧過去

船體振動(dòng)的分類附連水質(zhì)量影響船體總振動(dòng)固有頻率的參數(shù)及其確定

船體總振動(dòng)固有頻率的特點(diǎn)船體總振動(dòng)的近似計(jì)算設(shè)計(jì)初期的近似估算設(shè)計(jì)后期的詳細(xì)計(jì)算2024/4/21新的篇章（1）船體局部振動(dòng)的特點(diǎn)和計(jì)算板的振動(dòng)船舶上層建筑的振動(dòng)雙層底的振動(dòng)尾部振動(dòng)船體振動(dòng)的原因螺旋槳、柴油機(jī)、波浪等的激勵(lì)

結(jié)構(gòu)響應(yīng)和振源分析2024/4/21新的篇章（2）船體振動(dòng)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)船體振動(dòng)測(cè)試振動(dòng)測(cè)試目的振動(dòng)測(cè)試設(shè)備振動(dòng)測(cè)試方法船舶的防振與減振防止共振減小螺旋槳和主機(jī)的激勵(lì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與其它減振措施2024/4/21第五章船體局部振動(dòng)2024/4/21目前船舶上所出現(xiàn)的、影響船舶使用的振動(dòng)問題大部分是局部振動(dòng)問題；會(huì)妨礙設(shè)備、儀表的正常工作，影響船員和旅客居住的舒適性；常對(duì)船體局部強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，甚至可能使結(jié)構(gòu)造成損傷。5.1局部振動(dòng)的特點(diǎn)和計(jì)算2024/4/21局部結(jié)構(gòu)包括梁、板、板架、上層建筑和尾部等空間結(jié)構(gòu)。板的振動(dòng)；船舶上層建筑的振動(dòng)；雙層底的振動(dòng)；尾部振動(dòng)。5.1局部振動(dòng)的特點(diǎn)和計(jì)算2024/4/21局部結(jié)構(gòu)的范圍可能很小，也可能很大，如一根梁、一塊板，或者整個(gè)機(jī)艙或整個(gè)上層建筑；分析局部振動(dòng)的首要問題是合理地確定這部分結(jié)構(gòu)的范圍和它的邊界條件；其次是分析與總振動(dòng)的耦合作用：若質(zhì)量相對(duì)較小、頻率相對(duì)較高，則可以不考慮與總振動(dòng)的耦合，分開計(jì)算；反之，如上層建筑及尾機(jī)型船的尾部立體分段，則應(yīng)考慮與總振動(dòng)的耦合作用。5.1局部振動(dòng)的特點(diǎn)和計(jì)算2024/4/21船舶平板振動(dòng)的研究和計(jì)算具有現(xiàn)實(shí)意義：船體是由板和梁組成的，而且許多大型高腹板梁也可以看成是由板組成的；從船舶的實(shí)際振動(dòng)情況來看，在機(jī)器和螺旋槳工作區(qū)附近的船舶平板，常發(fā)生劇烈的振動(dòng)，特別是內(nèi)河船舶，振裂事故屢見不鮮；振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)河鋼船建造規(guī)范都規(guī)定了上述區(qū)域平板的允許振幅。5.2板的振動(dòng)2024/4/21對(duì)矩形平板來說：一般只有特定的邊界條件（四邊自由支持），才能求得精確解；其它情況均可采用近似方法（有限元法）求解。對(duì)于實(shí)船來說，板的邊界條件的確定較困難。實(shí)測(cè)表明，絕大部分的船板其測(cè)量值介于四邊簡(jiǎn)支板和四邊剛性固定板的計(jì)算值之間；且大多偏向于簡(jiǎn)支計(jì)算值；因此，在船體振動(dòng)計(jì)算中，常近似地取為四邊簡(jiǎn)支。5.2板的振動(dòng)2024/4/21船體外板一般都承受中面力作用，中面拉力使船板的固有頻率_____，而壓力則使船板的固有頻率_____。甲板板或船底板在中拱或中垂的不同狀態(tài)下的固有頻率會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而也會(huì)影響到船板的響應(yīng)。影響船舶板中面應(yīng)力的其它因素還有板架彎曲板的初始撓度以及由焊接而引起的板的初始應(yīng)力數(shù)值等，這些影響具有一定的隨機(jī)性。5.2板的振動(dòng)2024/4/21船板還可能與水或其它液體接觸，因此在計(jì)算時(shí)還需考慮單面或雙面附連水質(zhì)量的影響，附連水質(zhì)量使板的固有頻率_____；想一想現(xiàn)象1：機(jī)艙內(nèi)結(jié)構(gòu)尺寸相同的板，在同一主機(jī)營(yíng)運(yùn)工況下，有的板處于共振狀態(tài)，或振動(dòng)很大，有的板卻振動(dòng)很??；現(xiàn)象2：當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速改變后，可明顯地改變振動(dòng)中心，某一塊板可能停止振動(dòng)，而另一塊板卻可能振動(dòng)起來。為什么？5.2板的振動(dòng)2024/4/21對(duì)于局部振動(dòng)計(jì)算，若結(jié)構(gòu)與液體接觸（如船底板架與船底板及液體艙的艙壁等），當(dāng)這些結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，與它們相接觸的液體（水或油）也隨同一起振動(dòng)，或者說這部分液體也吸收了振動(dòng)能量；需要按實(shí)際情況計(jì)入單面或雙面附連水質(zhì)量，即為對(duì)應(yīng)于局部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量而增加的虛質(zhì)量；局部振動(dòng)的附連水質(zhì)量2024/4/21大量的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算表明：局部結(jié)構(gòu)的附連水質(zhì)量甚至可達(dá)結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量的5～6倍，甚至更大些；它對(duì)結(jié)構(gòu)固有頻率的影響相當(dāng)大，在計(jì)算時(shí)也必須計(jì)入。局部振動(dòng)的附連水質(zhì)量2024/4/21對(duì)于一個(gè)表面與水相接觸的板架或板，其單位面積上的附連水質(zhì)量為：b—板架或板的寬度（短邊長(zhǎng)）；k—系數(shù)，取決于板架或板的邊長(zhǎng)比。局部振動(dòng)的附連水質(zhì)量2024/4/21若結(jié)構(gòu)兩面都與液體接觸，則附連水質(zhì)量值為式（4.6）的兩倍。局部振動(dòng)的附連水質(zhì)量2024/4/21四邊簡(jiǎn)支矩形板的首階固有頻率(Hz)：式中：a,b,h—板的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度、短邊長(zhǎng)度、厚度(mm)四邊固定矩形板的首階固有頻率(Hz)：由縱橫骨架支持的船上矩形連續(xù)板首階固有頻率(Hz)：板的固有頻率估算2024/4/21矩形板在水中的固有頻率(Hz)：附連水質(zhì)量系數(shù)：其中C為系數(shù)，板單面浸水時(shí)取0.04，板雙面浸水時(shí)取0.08。板的固有頻率估算2024/4/21尾上層建筑高度較高，縱向固有頻率較低；應(yīng)計(jì)及與船體總振動(dòng)高階模態(tài)的耦合作用；對(duì)于層數(shù)較多、長(zhǎng)度較短的上層建筑，相當(dāng)于懸臂梁，其縱向振動(dòng)頻率降低，常與螺旋槳葉頻及主機(jī)高階激勵(lì)頻率相接近，引起上層建筑縱向振動(dòng)（亦即上層建筑總振動(dòng)）將較大。5.3船舶上層建筑的振動(dòng)2024/4/21船舶上層建筑振動(dòng)包括兩部分：整個(gè)上層建筑在外界激勵(lì)作用下沿船長(zhǎng)方向的縱向振動(dòng)（也稱上層建筑總振動(dòng)）；上層建筑內(nèi)部各部分板架、板和骨架（即梁）等結(jié)構(gòu)的局部振動(dòng)。5.3船舶上層建筑的振動(dòng)2024/4/21影響上層建筑總振動(dòng)固有頻率的主要因素：上層建筑的彎曲、剪切剛度及其分布；上層建筑質(zhì)量及其分布；上層建筑總高度及主船體對(duì)上層建筑支承剛度。5.3船舶上層建筑的振動(dòng)這取決于激勵(lì)頻率與上層建筑固有頻率之間的大小關(guān)系：若

，則位移與激勵(lì)同相位（差一相角θ）；若

，則相位相反。2024/4/21上層建筑對(duì)船體的彈性質(zhì)量效應(yīng)可引起兩種振型：上層建筑和船體振動(dòng)同相位的振型；不同相位的振型；圖1-125.3船舶上層建筑的振動(dòng)2024/4/21上層建筑總振動(dòng)固有頻率的計(jì)算方法：經(jīng)驗(yàn)公式；有限元方法。5.3船舶上層建筑的振動(dòng)2024/4/21上層建筑縱向振動(dòng)的第一階固有頻率估算(P168)：

f—上層建筑整體縱向固有頻率(Hz)；fa—上層建筑根部固定時(shí)剪彎固有頻率(Hz)；fb—上層建筑本身視作剛體，后端有彈性支承時(shí)回轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率(Hz)。上層建筑縱向振動(dòng)頻率的近似估算

2024/4/21As—剪切面積(m2)；H—上層建筑高度(m)；M—上層建筑的質(zhì)量(Kg)；G—剪切模量，取0.81×1011N/m2；C—彎曲變形修正系數(shù)。I—上層建筑剖面慣性矩(m4)；E—彈性模量，取2.01×1011N/m2。上層建筑縱向振動(dòng)頻率的近似估算

2024/4/21L—上層建筑長(zhǎng)度(m)；K—上層建筑后端的彈性支承剛度(N/m)，取決于船體結(jié)構(gòu)布置；r—質(zhì)量回轉(zhuǎn)半徑(m)，對(duì)一般上層建筑可按下式計(jì)算：上層建筑縱向振動(dòng)頻率的近似估算

2024/4/21在方案設(shè)計(jì)階段，還可以選用廣渡智雪根據(jù)大量實(shí)船上層建筑的數(shù)據(jù)提出的近似估計(jì)方法：上層建筑縱向振動(dòng)頻率的近似估算

2024/4/21常見的幾種有限元模型：上層建筑的三維有限元模型；包括整個(gè)船體尾段在內(nèi)的上層建筑三維有限元模型；全船三維有限元模型。上層建筑整體振動(dòng)的有限元法2024/4/21板梁組合模型：用板單元來描述甲板板和桁材(強(qiáng)橫梁和縱桁)；用空間梁?jiǎn)卧獊砻枋龇鰪?qiáng)材(縱骨和普通橫梁)。邊界條件：對(duì)甲板結(jié)構(gòu)的四周圍壁、內(nèi)部鋼質(zhì)隔壁處，限制垂向線位移和沿壁面方向的角位移；對(duì)于上下貫通的支柱處僅限制垂向線位移。上層建筑局部振動(dòng)的有限元法2024/4/21機(jī)艙是主機(jī)激勵(lì)直接作用區(qū)，雙層底結(jié)構(gòu)是主機(jī)的基礎(chǔ)。若機(jī)艙雙層底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，則將導(dǎo)致主機(jī)振動(dòng)，也會(huì)造成雙層底結(jié)構(gòu)疲勞破壞。機(jī)艙雙層底和周圍結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模態(tài)在很大程度上取決于主機(jī)和結(jié)構(gòu)布置。5.4雙層底的振動(dòng)2024/4/21將機(jī)艙雙層底的內(nèi)底板、外底板、肋板和縱桁劃分成板單元；基座面板和腹板、橫隔板也劃分成板單元；主機(jī)氣缸部分用殼單元，其余機(jī)架部分采用板單元；主機(jī)機(jī)架與基座連接的貫穿螺栓可假定為剛性連接。機(jī)艙雙層底的有限元模型(P176)2024/4/21為了較準(zhǔn)確地計(jì)算出主機(jī)機(jī)架和雙層底系統(tǒng)的固有頻率和固有振型，可將舷側(cè)結(jié)構(gòu)計(jì)入該系統(tǒng)；假定舷側(cè)肋骨上端與主甲板交點(diǎn)處為簡(jiǎn)支或固定邊界條件；機(jī)艙雙層底的前端和后端各向外伸出一個(gè)艙段，延長(zhǎng)的底部結(jié)構(gòu)其邊界條件可假定為簡(jiǎn)支或固支。機(jī)艙雙層底有限元模型的邊界條件2024/4/21整個(gè)尾分段與尾樓的振動(dòng)大型海船多采用尾機(jī)型與尾橋樓結(jié)構(gòu)，尾部振動(dòng)具有重要性和復(fù)雜性：主機(jī)、螺旋槳、軸系等振源集中于此人員、設(shè)備等也皆于此5.5尾部振動(dòng)2024/4/21尾部振動(dòng)的表現(xiàn)形式是船體低階總振動(dòng)響應(yīng)的疊加。一般船體梁前幾階振動(dòng)在尾部產(chǎn)生的位移都是同相位的，故疊加后尾部的振幅相當(dāng)大；又由于剛度隨著靠近尾端而逐漸減小，故尾端振幅自然變大；扇形振動(dòng)混合有限元模型5.5尾部振動(dòng)2024/4/21第六章船舶的主要振源2024/4/21激起船體振動(dòng)的主要激勵(lì)源（也稱振源）：螺旋槳和主機(jī)激起周期性激勵(lì)，使船體發(fā)生穩(wěn)態(tài)強(qiáng)迫振動(dòng)波浪的沖擊、火炮發(fā)射的后座力，拋錨等引起的激勵(lì)是非周期性的，對(duì)船體的作用時(shí)間短，只引起船體的____振動(dòng)。6.1概述2024/4/21設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周或計(jì)算的錯(cuò)誤：船舶主尺度與主機(jī)的選擇；船體結(jié)構(gòu)尺寸、布置和結(jié)構(gòu)的連續(xù)性等。建造質(zhì)量問題：螺旋槳制造質(zhì)量差、軸線對(duì)中不良；結(jié)構(gòu)連續(xù)性破壞、焊接殘余應(yīng)力與初撓度等。營(yíng)運(yùn)管理問題：船體的裝（壓）載不當(dāng)；軸系變形；主機(jī)各缸燃燒不均勻；機(jī)件磨損、松動(dòng)，螺旋槳受損等。船體產(chǎn)生振動(dòng)過大的主要原因2024/4/21螺旋槳工作時(shí)所引起的激勵(lì)很復(fù)雜：與螺旋槳的形狀參數(shù)、船體（包括附屬體）后體線型和航速等有關(guān)按激勵(lì)的頻率，螺旋槳的激勵(lì)可分為兩類：軸頻激勵(lì)（一階激勵(lì)）：其頻率等于槳軸的轉(zhuǎn)速；葉頻激勵(lì)（倍葉激勵(lì)）：是螺旋槳誘導(dǎo)的高頻激勵(lì)，其激勵(lì)頻率等于槳軸轉(zhuǎn)速乘以槳葉數(shù)或槳葉倍數(shù)。6.2螺旋槳激勵(lì)2024/4/21引起螺旋槳軸頻激勵(lì)的原因：機(jī)械靜力不平衡；機(jī)械動(dòng)力不平衡；水動(dòng)力不平衡。螺旋槳的靜力平衡和動(dòng)力平衡統(tǒng)稱為螺旋槳的機(jī)械平衡。螺旋槳軸頻激勵(lì)2024/4/21螺旋槳制造偏差，如加工不準(zhǔn)確，材料不均勻，槳葉形狀不同等，都會(huì)引起各槳葉質(zhì)量不等，而使螺旋槳的質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸上，即螺旋槳靜力不平衡；螺旋槳在航行時(shí)遇到突然撞擊時(shí)，也會(huì)使螺旋槳的靜力平衡受到破壞，激起船體劇烈的一階（軸頻）振動(dòng)；在航行中的船舶，如果突然出現(xiàn)強(qiáng)烈的一階振動(dòng)時(shí)，常常是螺旋槳受損的重要征兆。螺旋槳靜力不平衡2024/4/21螺旋槳的質(zhì)心雖在回轉(zhuǎn)軸上，但由于各槳葉在軸線方向有錯(cuò)位，從而使各槳葉的質(zhì)心不在同一盤面內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各葉離心力形成軸頻不平衡力矩，使槳軸產(chǎn)生彎曲振動(dòng)，并通過軸承引起船體振動(dòng)，這種情況稱為螺旋槳的動(dòng)力不平衡。螺旋槳?jiǎng)恿Σ黄胶?024/4/21螺旋槳激起的一階振動(dòng)主要和槳葉的制造質(zhì)量有關(guān)。當(dāng)提高了槳葉的制造精度，可使其一階干擾力和干擾力矩降到最小程度。但如果這些激勵(lì)頻率與船體固有頻率接近時(shí)仍會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的振動(dòng)。結(jié)論2024/4/21葉頻激勵(lì)則與螺旋槳的制造質(zhì)量無關(guān)，而是由于螺旋槳在尾部不均勻流場(chǎng)中工作所致?？煞譃閮深悾阂皇锹菪龢D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)經(jīng)水傳至船體表面的脈動(dòng)水壓力（螺旋槳脈動(dòng)壓力），其沿船體表面的積分值（合力）稱為表面力；二是螺旋槳在船后工作時(shí)，由于伴流在周向分布的不均勻性，使作用在槳葉上的流體力發(fā)生變化而引起激振力，因它通過槳軸和軸承作用于船體故稱軸承力。螺旋槳葉頻激勵(lì)2024/4/21表面力和軸承力一般均采取近似估算公式進(jìn)行計(jì)算。螺旋槳葉頻激勵(lì)2024/4/21脈動(dòng)壓力的各方向分量中，垂向分量比其他分量大一到兩倍；從激起船舶振動(dòng)的觀點(diǎn)來看，脈動(dòng)壓力的垂向分量是關(guān)注的重點(diǎn)；從尾部最外端算起，向首部方向取3D（即三倍螺旋槳直徑處）的船長(zhǎng)范圍，作為螺旋槳脈動(dòng)壓力的作用區(qū)；螺旋槳脈動(dòng)壓力沿船長(zhǎng)的分布2024/4/21一般而言，脈動(dòng)壓力沿船長(zhǎng)的分布規(guī)律為：從尾端開始向首方向，壓力逐步升高；在槳盤面前方約0.1倍的螺旋槳直徑處，脈動(dòng)壓力達(dá)到最大值；然后，向船首方向迅速減小。螺旋槳脈動(dòng)壓力沿船長(zhǎng)的分布規(guī)律2024/4/21較為實(shí)用的當(dāng)推霍爾頓（Holdon）方法：該方法可以在較早的設(shè)計(jì)階段，螺旋槳的資料比較有限時(shí)，通過不太復(fù)雜的計(jì)算，獲得需要的螺旋槳引起的脈動(dòng)壓力；該方法首先計(jì)算無空泡螺旋槳誘導(dǎo)的脈動(dòng)壓力的葉頻分量的幅值，然后計(jì)算螺旋槳槳葉空泡所誘導(dǎo)的脈動(dòng)壓力葉頻分量的幅值，最后，將以上兩部分分量合成，得出空泡螺旋槳誘導(dǎo)的葉頻分量脈動(dòng)壓力的總值；可以將該數(shù)值用于船體或尾部局部振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算。螺旋槳脈動(dòng)壓力計(jì)算(P195)2024/4/21為了對(duì)船體響應(yīng)作預(yù)報(bào)，往往需要求出脈動(dòng)壓力沿船體表面的合力—表面力。確定螺旋槳的表面力，一般有三種方法，即模型試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)公式或理論計(jì)算方法。獲得螺旋槳表面力的試驗(yàn)方法，是在空泡試驗(yàn)筒或特殊的減壓牽引水池中進(jìn)行，牽涉專門的船舶流體力學(xué)試驗(yàn)；在船舶設(shè)計(jì)的初期，可采用高橋肇(Takahashi)建議的估算公式(P197)螺旋槳表面力計(jì)算2024/4/21CFD：可以通過流體力學(xué)方法直接計(jì)算空泡螺旋槳的脈動(dòng)壓力，并將其加到船舶尾部底部板架形成分布的表面力；結(jié)合FEM，獲得船舶總體或局部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)。計(jì)算的精度尚需不斷的努力并經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證。螺旋槳表面力計(jì)算2024/4/21脈動(dòng)壓力的大小取決于槳葉的幾何要素、船體尾部的線型、槳軸轉(zhuǎn)速、功率、螺旋槳葉梢與尾殼板的間隙、以及螺旋槳的葉片數(shù)等。其中最主要的影響因素是梢隙的大小及螺旋槳的葉片數(shù)。增大梢隙，脈動(dòng)壓力減小將是很明顯的，但梢隙增大到一定數(shù)值時(shí)，脈動(dòng)壓力值的減小就變化很少；螺旋槳葉數(shù)增加，脈動(dòng)壓力也將下降。螺旋槳脈動(dòng)壓力2024/4/21周期性變化的推力脈動(dòng)會(huì)引起軸系、船體和上層建筑的縱向振動(dòng)；扭矩脈動(dòng)會(huì)引起軸系的扭振；垂直于槳軸的垂向分力，以及繞水平軸的力矩會(huì)引起軸系及船體的垂向振動(dòng)；垂直于槳軸的橫向不平衡力以及繞垂直軸的不平衡力矩會(huì)引起軸系及船體的水平振動(dòng)。螺旋槳軸承力2024/4/21軸承力包括3個(gè)分力和3個(gè)分力矩；只在不均勻的流場(chǎng)中存在，伴流越不均勻，軸承力就越大；單槳船的軸承力普遍比雙槳船大。螺旋槳軸承力2024/4/21內(nèi)河船船體尾部的振動(dòng)往往較為劇烈，原因何在？想一想梢隙、伴流、表面力、軸承力2024/4/21與一般工程建筑物不同，船舶在機(jī)艙與其它艙室中裝設(shè)了各種類型的動(dòng)力裝置、輔機(jī)和設(shè)備，當(dāng)這些機(jī)器和設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都可引起船體及局部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。對(duì)一般船舶來說，機(jī)艙中最主要的激勵(lì)源是主機(jī)，其次的振源是發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)（常稱為輔機(jī)）。6.3柴油機(jī)激勵(lì)2024/4/21柴油機(jī)是往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)械，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)作用在船體上的激勵(lì)力主要有兩種：一是運(yùn)動(dòng)部件的慣性力產(chǎn)生的不平衡力和不平衡力矩，屬于低階激勵(lì)；二是氣缸內(nèi)油氣燃燒后產(chǎn)生氣體壓力和往復(fù)慣性力合成后導(dǎo)致的傾覆力矩，屬于高階激勵(lì)。6.3柴油機(jī)激勵(lì)2024/4/21運(yùn)動(dòng)部件的慣性力產(chǎn)生的不平衡力和不平衡力矩：屬于低階激勵(lì)；其激勵(lì)幅值及頻率取決于：運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量；發(fā)火順序；沖程數(shù)；曲柄排列及轉(zhuǎn)速等。低階激勵(lì)2024/4/21氣缸內(nèi)油氣燃燒后產(chǎn)生氣體壓力和往復(fù)慣性力合成后導(dǎo)致的傾覆力矩：屬于高階激勵(lì)；其幅值和頻率取決于：缸徑；工作壓力；曲柄連桿長(zhǎng)度比；缸數(shù)和沖程數(shù)等。高階激勵(lì)2024/4/21船舶在航行時(shí)由于波浪而激起的船體振動(dòng)可分為兩類：由于波浪的沖擊引起的船體衰減振動(dòng)，也稱為擊振或沖蕩：如砰擊、拍擊、甲板上浪等；特別是肥大船型和平底壓浪船型。當(dāng)波浪的遭遇頻率與船舶的垂向首階固有頻率接近時(shí)，將發(fā)生船體穩(wěn)態(tài)的垂向兩節(jié)點(diǎn)振動(dòng)，稱為波激振動(dòng)或彈振：對(duì)海上大油船及肥大型貨船最為突出，內(nèi)河船在長(zhǎng)江中、下游也有發(fā)生。6.4波浪的激勵(lì)2024/4/21船體梁和其局部結(jié)構(gòu)（板架、梁、板格等）有兩種不同性質(zhì)的振動(dòng)：共振和強(qiáng)迫振動(dòng)。如螺旋槳上方殼板和機(jī)艙底板板格的共振，常是該處外板振裂的原因。強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)大小除和激振力大小有關(guān)外，還和結(jié)構(gòu)本身的剛度（彎曲剛度和剪切剛度）、___和____有關(guān)。其中以剛度影響最大，剛度小者則振動(dòng)大。在船舶設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)剛度問題必須足夠重視；船舶施工時(shí)裝配及焊接質(zhì)量的好壞，對(duì)剛度的影響也相當(dāng)大，常見的有縱向連接構(gòu)件脫焊及板的初撓度等。6.5結(jié)構(gòu)響應(yīng)和振源分析

2024/4/21分清振動(dòng)性質(zhì)

找出激勵(lì)源

分析振動(dòng)的起因

制定減振措施每一種激勵(lì)都有它自己的特性和頻率；從被激起振動(dòng)的部位和振動(dòng)的性質(zhì)，一般可找出引起振動(dòng)的激勵(lì)源。6.5結(jié)構(gòu)響應(yīng)和振源分析

2024/4/21表中為各個(gè)結(jié)構(gòu)的局部振動(dòng)及可能引起該局部振動(dòng)的激勵(lì)源，至于船體總振動(dòng)則主要是由螺旋槳或主機(jī)引起，而船體總振動(dòng)又可激起各種局部振動(dòng)。6.5結(jié)構(gòu)響應(yīng)和振源分析

2024/4/21第七章船舶振動(dòng)評(píng)價(jià)、防振與減振2024/4/21船舶航行時(shí)，都存在著不同程度的振動(dòng)。輕微的振動(dòng)是正常的，也是允許的；有害振動(dòng)：如果激勵(lì)頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等(接近)，或因激勵(lì)幅值過大，就會(huì)引起共振或劇烈的強(qiáng)迫振動(dòng)，甚至影響到船舶的正常運(yùn)行。7.1船體振動(dòng)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)2024/4/21使船體結(jié)構(gòu)或機(jī)械部件在應(yīng)力過大部位產(chǎn)生疲勞破壞，影響航行安全；影響船員和旅客的居住舒適性，影響船員的工作效率，甚至身體健康；影響船上設(shè)備、儀表的正常工作，降低使用精度，縮短使用壽命；振動(dòng)還會(huì)激發(fā)噪聲，超過一定標(biāo)準(zhǔn)則會(huì)影響人身健康，降低居住舒適性；對(duì)軍用艦艇來說，還會(huì)影響隱蔽性。振動(dòng)對(duì)船舶的危害2024/4/21人體系統(tǒng)的頻率：“胸-腹”系統(tǒng)的固有頻率為4-6Hz；

整個(gè)人體系統(tǒng)的固有頻率為6Hz～9Hz。6～7Hz的垂向振動(dòng)會(huì)引起暈船癥侯，如心悸、惡心、嘔吐等。1～2.5Hz：影響人體的平衡和肌肉；大于10Hz：使人感到壓力與振動(dòng)；大于16～20Hz：感到噪聲；大于100Hz：高頻噪聲。可見：其中許多頻率是船上常見的激勵(lì)頻率。振動(dòng)對(duì)人體的危害2024/4/21最早的船舶振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)是1930年泰勒(J.L.Taylor)提出的。目前，世界上各主要船級(jí)社都制定了自己的船體振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，特征參數(shù)多以位移、速度、加速度或應(yīng)力的均方根值來表達(dá)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和我國(guó)有關(guān)船舶振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定(三軸聯(lián)合圖表)：ISO2631《人體整體振動(dòng)暴露評(píng)價(jià)指南》ISO6954-1984《商船振動(dòng)的綜合評(píng)價(jià)指南》GB7452-87《船體振動(dòng)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)》船體振動(dòng)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)2024/4/212024/4/212000年12月發(fā)布了《機(jī)械振動(dòng)——客船、商船振動(dòng)適居性的測(cè)量、報(bào)告和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》第二版的修訂版本ISO6954-2000(E)和原來的標(biāo)準(zhǔn)相比較，ISO6954-2000船舶振動(dòng)法規(guī)的重要轉(zhuǎn)變：(1)由原先ISO6954-1984對(duì)船體振動(dòng)(hullvibration)之評(píng)估轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)人在船上的適居性(vibrationregardtohabitability)評(píng)估；(2)標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍由原先的100公尺以上之商船擴(kuò)大至所有的旅客船及商船；船體振動(dòng)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)2024/4/21和原來的標(biāo)準(zhǔn)相比較，ISO6954-2000船舶振動(dòng)法規(guī)的重要轉(zhuǎn)變：(3)由原來的從單頻(或分頻)峰值或最大值的測(cè)量和評(píng)價(jià)改變?yōu)樵陬l率范圍1~80Hz若干不同頻率分量振幅(加速度或速度)的加權(quán)均方根總值的測(cè)量和評(píng)價(jià)；(4)規(guī)范覆蓋了對(duì)測(cè)試設(shè)備、測(cè)量程序、結(jié)果分析和船舶振動(dòng)適居性評(píng)價(jià)的要求。船體振動(dòng)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)2024/4/21標(biāo)準(zhǔn)將場(chǎng)所劃分為三類：船上客艙為A類部位；船員艙室為B類部位；船上其它工作場(chǎng)所為C類部位。A類部位要求最高。船體振動(dòng)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)

A類區(qū)B類區(qū)C類區(qū)加速度/速度（r.m.s）值加速度/(mm/s2)速度/(mm/s)加速度/(mm/s2)速度/(mm/s)加速度/(mm/s2)速度/(mm/s)上限值143421462868下限值71.5210731434表7-2船上不同部位的適居性標(biāo)準(zhǔn)(P223)71ISO6954:1984

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ISO6954:2000ISO6954:1984曲線頻率范圍1～5Hz5～100Hz上限峰值加速度285mm/s2峰值速度9mm/s下限峰值加速度126mm/s2峰值速度4mm/s注：峰值為最大重復(fù)值（MRA）適用頻率1~100Hz；主要用于評(píng)估船體和上層建筑中正常工作和居住處所的振動(dòng)，不作為驗(yàn)收或檢驗(yàn)機(jī)器設(shè)備的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)；要求進(jìn)行垂向、縱向和橫向振動(dòng)的單獨(dú)振動(dòng)評(píng)估以最大重復(fù)值為考察對(duì)象（MaximumRepetitiveAmplitude,MRA）72ISO6954:1984

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ISO6954:2000ISO6954:1984的不足a.a.v.未能充分表達(dá)人體對(duì)于復(fù)雜振動(dòng)的反應(yīng)，與工業(yè)界其它基于人體反應(yīng)的振動(dòng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（如ISO2631-1）不一致；評(píng)價(jià)對(duì)象僅針對(duì)響應(yīng)譜上的最大單一峰值，缺乏對(duì)其它峰值的考慮；如果響應(yīng)譜上出現(xiàn)某個(gè)或某幾個(gè)峰值與最大峰值差別較小時(shí)，僅考慮最大峰值有欠妥當(dāng)；集裝箱船的振動(dòng)響應(yīng)譜上，有較大峰值集中在螺旋槳葉頻、倍葉頻及主機(jī)缸頻附件，而且峰值數(shù)值差別較??；73ISO6954:1984

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ISO6954:2000ISO6954:2000適用頻率1~80Hz；主要用于評(píng)估人在船上的適居性，反映了人體對(duì)不同頻率振動(dòng)的反應(yīng)，與ISO2631達(dá)成一致；分區(qū)域給出了適居性衡準(zhǔn)；針對(duì)頻率范圍1~80Hz內(nèi)不同頻率分量振幅（加速度或速度）的加權(quán)均方根總值進(jìn)行評(píng)價(jià)；不再使用“最大重復(fù)值”、“波峰系數(shù)”、“轉(zhuǎn)換系數(shù)CF”等概念74ISO6954:1984

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ISO6954:2000評(píng)估涉及1~80Hz范圍響應(yīng)譜的分析，不利于設(shè)計(jì)階段的有限元評(píng)估（民用船20Hz以上的激勵(lì)源基本不考慮）；ISO6954:2000的不足測(cè)量?jī)x器需有（或配）頻率加權(quán)功能，且權(quán)重曲線符合新版要求；雖然考慮了響應(yīng)譜的寬帶特性，但對(duì)于響應(yīng)譜峰值較小、頻帶較寬且振動(dòng)能量集中在頻段（16Hz~65Hz）的情況，新版給出的振動(dòng)評(píng)估可能不真實(shí)；2024/4/21確定船體和局部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，評(píng)定其振動(dòng)級(jí)，了解它對(duì)船體結(jié)構(gòu)、設(shè)備儀表和船上人員的影響；確定船體振動(dòng)的原因及其存在的問題，從而制訂減振措施或檢驗(yàn)減振措施的效果；為制訂船體振動(dòng)允許標(biāo)準(zhǔn)和制定船用機(jī)電設(shè)備、電子儀器的振動(dòng)環(huán)境條件提供資料；驗(yàn)證振動(dòng)計(jì)算方法的可靠性，為改進(jìn)計(jì)算方法提供依據(jù)。7.2船體振動(dòng)測(cè)試

7.2.1振動(dòng)測(cè)試目的2024/4/21激振設(shè)備：主要有機(jī)械式激振機(jī)和電磁式激振機(jī)兩種；均可以按試驗(yàn)的意圖，人為地產(chǎn)生激勵(lì)；另外，拋錨和敲擊也常作為激振的手段。測(cè)量記錄設(shè)備：包括傳感器、測(cè)振儀、記錄儀等。數(shù)據(jù)處理設(shè)備：發(fā)展迅速，采用專用的先進(jìn)軟件，可進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。7.2船體振動(dòng)測(cè)試

7.2.2振動(dòng)測(cè)試設(shè)備2024/4/21測(cè)量條件包括環(huán)境條件和船舶狀態(tài)。環(huán)境條件：水面保持平靜(三級(jí)海況以下)；試驗(yàn)時(shí)水深應(yīng)不小于船舶吃水的5倍，離岸距離不小于船寬的2.5倍。7.2船體振動(dòng)測(cè)試

7.2.3振動(dòng)測(cè)試方法2024/4/21船舶狀態(tài)：(1)滿載或壓載狀態(tài)，壓載時(shí)，船尾吃水應(yīng)保證螺旋槳全部浸在水中，測(cè)量時(shí)應(yīng)保持自由航行狀態(tài)(即在主機(jī)保持某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，船舶應(yīng)保持直線態(tài))；(2)內(nèi)河船舶試驗(yàn)應(yīng)在逆水或靜水中測(cè)量(一般順?biāo)叫袝r(shí)的振動(dòng)級(jí)小于逆水航行時(shí)的值)；(3)用拋錨或激振機(jī)激振確定船體固有頻率時(shí)，船舶應(yīng)自由漂浮在水面上，以消除主機(jī)激勵(lì)的影響。7.2船體振動(dòng)測(cè)試

7.2.3振動(dòng)測(cè)試方法2024/4/21當(dāng)測(cè)量垂向、水平彎曲振動(dòng)時(shí)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇在主甲板或強(qiáng)力甲板上近中縱線處的剛性支點(diǎn)處(例如縱艙壁、橫艙壁或甲板縱桁)；當(dāng)測(cè)量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在船舷兩側(cè)甲板上的剛性支點(diǎn)處，且最好對(duì)稱于船體縱中剖面。

在測(cè)量船體的振型時(shí)，在船長(zhǎng)方向的測(cè)點(diǎn)應(yīng)足以能畫出船體的振型，其中船首、尾兩點(diǎn)必不可少，且測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡可能地靠近首尾端點(diǎn)中心處，因?yàn)檫@兩點(diǎn)都處于振型的腹點(diǎn)，對(duì)總振動(dòng)階數(shù)的確定特別重要?？傉駝?dòng)測(cè)試2024/4/21測(cè)點(diǎn)的選擇需根據(jù)不同的測(cè)試目的而定：對(duì)板架，測(cè)點(diǎn)應(yīng)選在板架中央的縱、橫骨架的交點(diǎn)處；對(duì)板，測(cè)點(diǎn)應(yīng)選在板的中心；對(duì)骨架梁，測(cè)點(diǎn)應(yīng)選在梁的跨度中點(diǎn)。局部振動(dòng)測(cè)試2024/4/21改變結(jié)構(gòu)的固有頻率或激勵(lì)頻率以避免共振；減小激勵(lì)的幅值與減小激勵(lì)的傳遞以降低強(qiáng)迫振動(dòng)的程度；增加結(jié)構(gòu)剛度和阻尼以降低響應(yīng)等。船舶防振與減振的基本原理2024/4/21避免低階共振是設(shè)計(jì)者的首要任務(wù)。應(yīng)使船體梁結(jié)構(gòu)具有一定的頻率儲(chǔ)備：使船體梁結(jié)構(gòu)的固有頻率與激勵(lì)頻率保持一定的差距(一般前者大于后者)；如使第一階固有頻率與激勵(lì)頻率錯(cuò)開8％；如使第二階固有頻率與激勵(lì)頻率錯(cuò)開10％；如使第三階固有頻率與激勵(lì)