主机与双层底的有限元建模及液固耦合振动分析

摘要

机舱双层底是船体的重要结构组成，其主要作用有保证船舶横向、纵向及局部强度，隔绝机舱与海水等。机舱内主机等机械设备在运转时产生的振动通过支撑系统传递到双层底，双层底受激振动后可能继发性地引起其他船体结构振动并向舷外海水辐射噪声。过大的振动不但可能造成结构疲劳，还会影响其他设备正常工作和船员的身心健康。因而对包括机舱双层底在内的船舶局部结构振动的研究一直是船舶减振降噪工作的重点内容之一。机舱双层底内外底板之间的液舱内存滑油、燃油和污水等液体，同时其外底板直接和海水接触，流体和结构之间的液固耦合作用会使结构的固有特性发生复杂变化，在分析双层底结构的振动特性和主机激励下双层底结构的振动响应时，液舱内液体和舷外水域对计算结果的影响不能忽视。
　　 根据研究现状，本文首先在有限元软件ADINA中建立了机舱双层底内主机滑油舱的液固耦合模型，分析了流体对滑油舱结构固有特性的影响，并讨论了两种自由表面边界条件的应用范围，为后面的分析奠定了基础。随后通过对双层底在干式、液舱充液以及考虑舷外海水等不同工况下的模态分析，进一步深入地分析了流体对双层底结构固有频率和振型的影响。之后建立了MAN6S35MC主机的有限元模型，并将其与双层底连接到一起，分析双层底与主机耦合后整体振型的变化。最后对耦合模型进行了瞬态分析，获得了模型振动响应情况，分析了双层底液舱内液体及舷外海水对结构振动响应的影响。本文对进一步深入研究船舶局部结构与动力设备耦合振动具有一定参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 相关研究现状

1．2．1 船舶结构振动的研究现状

1．2．2 船舶主机与机舱双层底耦合振动的研究现状

1．2．3 液固耦合问题的研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 弹性力学及液固耦合的有限元理论

2．1 有限元方法概述

2．1．1 有限元方法的基本思想及其发展历史

2．1．2 有限元方法分析问题的过程

2．2 弹性力学的基本理论及其有限元格式

2．2．1 弹性力学的基本方程

2．2．2 弹性力学的有限元格式

2．2．3 弹性动力学的有限元求解方程

2．3 位移-速度势格式的液固耦合有限元方程

2．3．1 亚音速速度方程

2．3．2 无穷小速度方程

第3章 主机滑油舱液固耦合特性分析

3．1 ADINA软件介绍

3．2 主机滑油舱的有限元建模

3．2．1 主机滑油舱的物理模型

3．2．2 模型的材料属性

3．2．3 单元选择及网格划分

3．2．4 流体的边界条件

3．3 主机滑油舱的模态分析

3．3．1 模态分析概述

3．3．2 主机滑油舱空舱时的模态分析

3．3．3 主机滑油舱充液时的模态分析

3．3．4 ADINA中两种流体自由表面边界条件的比较

第4章 主机和机舱双层底的固有特性分析

4．1 机舱双层底的模态分析

4．1．1 机舱双层底有限元模型的建立

4．1．2 模型的边界条件

4．1．3 干式双层底的模态分析

4．1．4 充液双层底的模态分析

4．1．5 考虑舷外水域时双层底的模态分析

4．2 主机和机舱双层底耦合模型的模态分析

4．2．1 主机有限元模型的建立

4．2．2 主机与双层底连接部分的建模

4．2．3 模态分析结果

第5章 主机与机舱双层底的瞬态分析

5．1 瞬态分析简介

5．2 主机振动载荷的计算与施加

5．2．1 载荷的计算

5．2．2 载荷的施加

5．3 模型的阻尼设定

5．4 计算结果的分析

5．4．1 耦合模型的整体振动

5．4．2 双层底的振动响应

5．4．3 流体对双层底振动响应的影响

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究生履历