全回转推进船舶尾部振动特性的研究

摘要

随着钢质船舶的出现以及船舶向着大功率化和多功能化方向的发展,船舶振动问题越来越突出,既影响船舶的安全使用,也影响船上工作人员的正常工作与健康。船舶尾部是船上动力机械和推进系统的主要工作区,因此是船舶有害振动发生的主要部位。进入21世纪以来,为了满足海洋工程作业需要,全回转推进船舶的使用越来越广泛,该推进方式在大大提高了船舶操纵性和动力定位能力的同时,也带来了更为复杂的船尾结构振动问题。基于上述原因,本文对全回转推进式船舶尾部结构振动特性展开研究,旨在探讨船舶尾部结构的固有振动特性,为该类船舶尾部结构的声学设计提供一定的参考。
　　本文利用理论分析、数值计算和实验研究三种方法对全回转推进船舶尾部的振动特性进行了研究。首先构建了全回转推进船舶尾部舱段组合梁结构系统模型,利用欧拉伯努利梁理论推导了船尾等截面-变截面组合梁结构振动的解析解;然后建立三种不同的有限元模型对船舶尾部舱段结构模态进行了计算,比较不同模型计算结果的差异,并利用刘易斯附加水理论考察了舷外水对该类船舶尾部模态的影响,通过船舶模态测试结果比较有限元计算的准确度;最后建立船尾舱段与轴系结构的详细有限元模型,计算了螺旋桨和主机激振力作用下船舶尾部关键位置的振动响应传递函数。
　　本文将数值计算与实船测试的方法相结合,对全回转推进船舶尾部振动问题进行了实例分析,详细介绍了实例中船舶尾部振动问题的诊断与分析过程,提出了结构改进方案,并验证了改进方案的有效性,最终解决了该船尾部剧烈振动问题。
　　本文的研究揭示了全回转推进船舶尾部整体振动的主要形式,提供了更加精确的用于该类船尾舱段模态分析的有限元模型,总结了全回转推进船舶尾部振动问题的主要成因以及解决方法,为该类船舶的声学设计提供一定的参考。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究状况

1.3 本文研究内容

第二章 变截面组合梁结构振动理论分析

2.1 引言

2.2 组合梁结构系统模型

2.3 组合梁结构系统横向自由振动分析

2.4 某特定截面组合梁结构横向自由振动计算

2.5 本章小结

第三章 全回转推进船舶尾部结构模态分析

3.1 引言

3.2 尾部结构模态有限元分析

3.3 附加水质量对尾部结构模态的影响

3.4 尾部模态测试与识别

3.5 本章小结

第四章 全回转推进船舶尾部振动响应数值计算

4.1 引言

4.2 结构振动响应有限元计算基本原理

4.3 尾部结构有限元模型与计算工况

4.4 尾部结构振动响应计算结果

4.5 本章小结

第五章 全回转推进船舶尾部结构振动问题分析实例

5.1 引言

5.2 研究对象概述

5.3 实船航行测试

5.4 原船尾部结构有限元分析

5.5 尾部结构改进方案及其验证

5.6 本章小结

第六章 结束语

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的成果