偏岛上层建筑对船体梁振动的影响

摘要

在传统的船体结构设计中，其横剖面左右舷一般是对称或近似对称布置。但有些船型或者船舶总体布局的需要，往往会引起结构设计的不对称性，结构的不对称设计将会直接影响到船体梁剖面特性，故本文研究偏岛上层建筑船舶即其横剖面为左右不对称结构，对船体梁总振动固有频率的影响。
　　目前，计算船舶总体自由振动的常用方法有三种:一是运用经验公式法，二是将船舶总体结构视为漂浮在水上的两端自由的变剖面梁，按迁移矩阵法或有限元法将其离散为若干段（一般为20段）;三是把船体视为由板梁组合而成的空间结构，按三维有限元法对全船进行有限元离散。而传统的经验公式提出时间较早，没有考虑到上层建筑偏心位置对船体梁产生的影响。
　　本文以某船为基础进行简化，应用有限元软件ANSYS，建立三维空间简化模型，通过改变偏岛上层建筑的参数，即高度（层数）、宽度、长度以及距中纵剖面位置，探究偏岛上层建筑对船体梁总振动的影响，并且将三维有限元结果与经验公式值进行对比研究，从而对以往求解传统船舶振动固有频率的经验公式提出带有偏心上层建筑的修正。
　　然后通过运用一维梁有限元方法建立模型，对上述情况进行计算分析，和已有的三维有限元方法固有频率计算结果进行对比，探究上层建筑位置变化对一维梁振动的影响，并从船舶横剖面中和轴偏转后惯性矩变化来解释上层建筑位置变化对船体梁振动产生的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本文的研究背景及意义

1．2 国内外研究概况综述

1．3 本文的主要研究内容

2 船舶振动原理和梁的弯曲理论

2．1 船舶振动原理概述

2．2 梁的振动理论

2．2．1 梁的弯曲振动

2．2．2 剪切与剖面转动对振动的影响

2．2．3 杆的扭转振动

3 船体总振动计算方法

3．1 船体总振动固有频率近似估算

3．1．1 母型船比较法

3．1．2 希列克公式

3．1．3 陶德公式

3．1．4 CCS法

3．1．5 小结

3．2 船体总振动固有频率详细计算

3．2．1 能量法

3．2．2 迁移矩阵法

3．2．3 有限元法

4 上层建筑参数变化对总体振动的影响

4．1 建立简易模型

4．2 上层建筑参数对总体振动的影响

4．2．1 偏岛上层建筑高度的影响

4．2．2 偏岛上层建筑宽度的影响

4．2．3 偏岛上层建筑长度的影响

4．2．4 上层建筑位置对船体振动的影响

4．2．5 小结

4．3 上层建筑参数对一阶振动的影响

4．3．1 上层建筑对垂向一阶振动的影响

4．3．2 上层建筑对水平一阶振动的影响

4．4 经验公式与三维模型值对比

4．4．1 偏岛上层建筑对垂向一阶振动的影响

4．4．2 偏岛上层建筑对水平一阶振动的影响

4．5 一阶水平影响偏岛因子

5 一维梁模型模态分析

5．1 相关数据(以偏岛上层建筑为例)

5．2 上层建筑参数对一维梁振动的影响

5．2．1 偏岛上层建筑高度的影响

5．2．2 偏岛上层建筑宽度的影响

5．2．3 偏岛上层建筑长度的影响

5．2．4 上层建筑位置的影响

5．3 横剖面要素

5．3．1 剖面形心位置和形心惯性矩

5．3．2 主惯性轴坐标系下的惯性矩

5．4 数据分析

5．4．1 偏岛上层建筑高度

5．4．2 偏岛上层建筑宽度

5．4．3 偏岛上层建筑长度

5．4．4 上层建筑位置

5．5 偏岛上层建筑横剖面中和轴惯性矩简易算法

5．5．1 横剖面中和轴惯性矩的解析解

5．5．2 中和轴惯性矩简易算法推导

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢