船舶总体振动的附加水质量算法研究

摘要

船舶舷外水对于船舶总体振动的固有频率有着极为重要的影响。总体振动对于营运过程中的船舶是极为重要而特殊的问题，当共振时，总体振动产生的振动应力和最大振幅能超出振动规范要求的10倍以上，不仅会对船体结构和机器设备坏，还会严重危害人的身体健康，而且总体共振一但出现，补救和加强措施成本非常高。船舶舷外水的计算方法与总体振动的固有频率有着密切的关系，对船舶总体振动进行预报时，必须考虑舷外水的影响。　　本文选取一艘87000t的集装箱船和一艘210000DWT的散货船为目标船进行研究。研究内容包括以下四个方面:(1)刘易斯算法的附加质量计算与分析;(2)流固耦合算法的附加质量计算与分析;(3)边界元法的附加质量计算与分析;(4)三种算法的比较与分析。　　首先，本文对传统刘易斯公式对附加水质量的计算方法进行了介绍，并列举出本文所采用的附加水质量计算表格，对本文目标船的垂向振动和水平-扭转耦合振动的附加水质量进行了计算。并基于刘易斯方法对目标船的总体振动的固有频率进行了计算。　　其次，本文基于流固耦合理论，对附加水质量进行了流固耦合理论分析。通过对船体结构部分和流域部分分别划分有限元进行离散，建立了流固耦合模型，计算了目标船的垂向振动固有频率，水平振动固有频率和扭转振动固有频率。　　再次，本文介绍了边界元法来求解附加水质量的理论，并用有限元程序MSC/NASTRAN的虚拟质量法，即边界元法，对目标船在各种工况下的总体振动固有频率进行了计算。　　最后，本文对上述介绍的三种方法所得的数值结果进行了比较和详细分析，并总结了三种方法的相对误差以及可适用性。