船舶振动建模方法研究

摘要

船舶在营运过程中总会受到主机、螺旋桨、波浪等外界激励的作用，这些外界激励的作用将引起船体发生不同程度的振动甚至有害振动，过大的振动可导致结构产生疲劳破坏，影响人员的工作效率甚至身体健康，还会影响设备和仪表的正常使用。因此，在船舶的设计阶段，必须较准确地预报结构的固有振动特性，从而避免发生共振。 船舶结构在设计阶段需要进行振动计算，寻求一种既能提高计算精度，又计算简便并能满足工程要求的实用计算模型，以提高振动预报的精度，这对于船舶结构振动计算是非常需要的。本文分别对船舶结构上的设备及上层建筑整体振动建模方法进行研究，并讨论了船舶总体振动建模方法。分别采用集中质量单元、板单元、杆单元与集中质量单元组合来模拟船舶结构上的设备，对几种常用的模型分别进行计算，并对其结果进行了比较分析，提出了一种较为实用的新模型，算例计算表明，该模型计算结果可靠，具有工程实用价值。对上层建筑整体振动建模问题，分别讨论了不同计算模型、边界条件、附加水质量以及装载情况对上层建筑整体振动固有频率的影响。通过对8000TEU级超大型集装箱船、110000t油轮、174000t散货船、76000t油轮、30000t散货船、11800t散货船六条船的计算，对上层建筑整体振动建模问题得到了一些有益的结论。对船舶总体振动建模方法进行了讨论，分析了一维梁模型和三维有限元模型的优缺点，在进行船舶总体振动计算时，可以根据不同的情况选择不同的计算模型。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1本文的研究意义

1.2国内外研究概况及发展趋势

1.3本文的主要研究内容

2振动分析中的有限元方法

2.1结构振动方程

2.2单元刚度阵

2.2.1空间梁单元刚度阵

2.2.2 Mindlin板单元刚度阵

2.3质量矩阵

2.3.1一致质量矩阵

2.3.2集中质量矩阵

2.3.3几种典型单元的质量矩阵

3船舶结构上的设备建模方法

3.1引言

3.2几种的常用的计算模型

3.3本文提出的等效杆模型推导

3.4本文模型的计算结果与分析

3.5算例

3.6小结

4上层建筑整体振动建模方法研究

4.1 引言

4.2上层建筑整体振动固有频率的近似计算

4.2.1经验公式

4.2.2计算结果分析

4.3采用三维有限元模型计算上层建筑整体振动固有频率

4.3.1三维有限元计算模型

4.3.2三维有限元法计算结果分析

4.3.3简化模型

4.4小结

5船舶总振动建模方法

5.1引言

5.2影响船舶总体振动固有频率的参数及其确定

5.2.1船舶总体振动质量

5.2.2船体梁的刚度

5.3船体总振动固有频率计算方法

5.4算例

5.5 小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢