40000dwt散货船设计阶段船体振动分析控制

在40 000 dwt灵便型散货船设计建造过程中,为了控制船体出现的有害振动,对船体总体振动、上层建筑总体振动及船体艉部局部结构进行了振动预报分析.对船体总体振动和上层建筑总体振动进行分析,避免与主机和螺旋桨激励发生共振;对于船舶艉部结构,重点关注上层建筑各层甲板工作和生活等重要区域的振动情况,采用结构有限元法分析各层甲板的振动特性,设计时通过调整局部结构刚度并保证一定频率储备来避免共振,为船体结构减振设计提供依据.本文给出了设计阶段船舶总体、上层建筑总体及局部结构振动计算分析方法和过程,可对船舶设计者提供有益的参考.     

船体振动响应预报

利用有限元技术对船体总振动、上层建筑整体和各层甲板局部自由振动频率及上层建筑振动响应进行了预报。介绍了用于振动计算的单层甲板模型、尾部上层建筑模型、全船模型和简化全船模型及应用实例。研究了上层建筑和船体之间的耦合影响，并根据具体算例对各种模型化方法的效果进行了评价。     

散货船上层建筑振动的初步分析

上层建筑是船舶的重要组成部分,它所产生的有害振动会影响到船舶的安全,文章首先简要介绍了船体上层建筑振动的计算方法,然后建立了29 800 DWT散货船上层建筑的有限元模型,并采用不同网格密度进行了该结构的模态分析。计算结果和结论可为船舶上层建筑的可靠性设计方面提供参考。     

基于有限元分析法的船舶上层建筑振动性能研究

上层建筑振动是影响船舶整体稳定性的主要因素,所以对其进行有效分析具有重要的现实意义。本次针对以往基于经验公式建立软件程序来计算上层建筑振动频率,存在精度不足的问题,提出一种有限元分析方法。利用有限元分析法进行船舶上层建筑振动性能研究主要分为两部分:先是选定船舶参数,利用利用Ansys软件进行上层结构有限元建模;后是对该模型进行求解,计算船舶上层建筑振动频率,实现振动性能研究,并与基于经验公式软件程序法进行对比,得出有限元分析法精度更高,结果更接近真实值。     

船舶上层建筑整体纵向振动固有频率预报方法研究

文章推导了船舶上层建筑整体纵向振动固有频率预报公式,将上层建筑整体纵向振动固有频率视为由上层建筑根部刚性固定在主船体上的剪弯振动固有频率和上层建筑根部弹性固定在主船体上的刚体回转振动固有频率两部分串联合成,重点研究了上层建筑刚体回转振动固有频率计算公式中等效刚性系数的取法,并对剪切振动固有频率计算公式进行了修正,给出了考虑弯曲振动影响的修正系数计算公式。采用三维有限元模型计算了6600TEU集装箱船、112000t油轮、35000t散货船、PANAMAX型油船、31000t散货船和12000t货船六条船的上层建筑整体纵向振动固有频率以及剪弯振动固有频率和刚体回转振动固有频率,并且得到了各条船的等效刚性系数,绘制了等效刚性系数曲线。以52000t大舱口货船为例,采用本文方法计算其上层建筑整体纵向振动固有频率,与实测值较为接近,证明文中提出的方法是可行的。     

大型油船阶梯式尾部型式振动特性研究

针对阶梯式尾部设计的318 000 DWT大型油船振动问题,建立全船结构三维粗网格有限元模型,讨论粗网格模型对船舶刚度的影响,并分析其在船舶振动分析过程中的适用性和可行性。基于船体动力特性分析研究了阶梯式尾部设计方案对全船以及上层建筑振动特性的影响。相关研究结论对今后的船舶尾部结构优化设计具有指导性意义。     

300方耙吸挖泥船振动预报

为了在设计阶段有效地控制船体有害振动的出现，根据船舶振动的理论，结合挖泥船激励和结构特点，在方案设计和技术设计阶段对300方耙吸挖泥船主船体总振动分别利用Todd方法和迁移矩阵法进行了预报分析。基于三维空间板梁结构分析模型，用有限元技术对上层建筑甲板局部振动进行了计算，振动主要是通过频率储备来控制，评判标准采用CCS颁布的《船上有害振动的预防》建议值，本文进行的船舶有害振动控制方法可对其他型船设计提供参考。     

基于黏性流体-柔性结构耦合的波浪中船舶非线性波激振动研究

波激弹振和砰击颤振是集装箱船运营中极易出现的两种现象,分析其对船舶运动和剖面载荷的影响,对船舶设计和强度评估具有重要意义。采用黏性流体-柔性结构双向耦合方法对集装箱船模型在不同波长工况下的运动和响应进行求解,其中计算流体力学用于模拟流场的冲击和上浪等非线性现象并得到船体外载荷,然后通过有限元法求解船体运动和变形,两者在流固交界面进行隐式信息交换。计算捕捉到船体的非线性波激振动和颤振,分析结果发现,波激振动和颤振对整体运动影响较小,但会显著增大船体中垂的弯矩幅值,艏、艉区域垂向加速度受颤振的影响较大,当遭遇波浪的倍频成分接近船体湿频率时也会激发船体一定程度的弹振。与文献结果的比较表明,该耦合方法有望成为处理船舶水弹性问题的一种有效手段。     

某舰尾部上层建筑副炮加强结构刚度有限元分析

为研究某舰尾部上层建筑副炮加强结构的垂向刚度，在有限元软件ANSYS中分别建立副炮基座附近的上层建筑模型、上层建筑带部分主船体舱段模型以及全舱段模型并进行了刚度计算分析。在计算过程中，通过多种结构设计方案的对比计算，分析出了对结构整体刚度影响较大的船体构件和部位，为最终的结构加强提供了依据。着重讨论了模型范围大小、不同边界条件、加载方式以及刚度计算方法对船体结构最终垂向刚度计算结果的影响。     

4岛式半潜船的振动特性分析

4岛式半潜船的上层建筑处于边岛位置,结构瘦长且重心较高,虽提高了主甲板载货的空间利用率,但同时降低了上层建筑横向的刚度,在风浪及船上大型机械设备的激励下,易发生较大的横向振动,振动耦合性较强,影响上层建筑生活区的安全性和舒适性。对此,需在早期设计阶段对4岛式半潜船进行有限元分析。利用有限元方法,建立4岛式半潜船的三维数值模型,分析其振动的固有频率及模态,计算航行工况及定位工况下整船的速度响应,并优化上层建筑底部的强肘板。结果显示:4岛式半潜船振动的前6阶固有频率均可避开螺旋桨激励正常工况下的风险频率范围;在航行工况和定位工况下,上层建筑各甲板的速度加权值均符合船舶舒适性相关要求的标准限值;当加强上层建筑底部的肘板后,上层建筑各甲板横向的速度响应峰值可显著下降50%～60%,减振效果良好。为准确预报、优化4岛式半潜船的振动特性提供借鉴。     

“集散两用”船型的船体中部上层建筑振动特性分析

运输船的大型化虽然满足了运输要求,但也使船舶需要考虑的建造因素增多,船舶振动就是需要考虑的因素之一。上层建筑作为船体结构的主要构成部分,关系到船员的日常作息还有相关的仪器设备,船舶的振动会影响到船员的休息和健康、会干扰仪器的正常工作,甚至会影响上层建筑构件的使用寿命。某新型“集散两用”船既可以用作集装箱船,还可以用作散货船,结构特殊,其中1个上层建筑位于船体中部、2个大货舱口之间,其受船舶振动影响的可能性更大。为了避免船舶振动对该新型“集散两用”船的船中上层建筑造成不良影响,有必要用有限元分析法对其船中上层建筑进行振动特性分析,并对振动过强的区域采用可行的解决方案,提高船舶的稳性。     

膜梁组合模型的船舶总体与上层建筑耦合振动计算方法

本文提出了用膜元与集中质量的组合作为上层建筑物的力学模型,而在考虑上层建筑与船舶总体的耦合振动时主船体仍采用梁模型,从而简化了计算力学模型的形成工作。计算程序采用自动计入附连水质量和模态综合法(动态子结构法)相结合的形成,可以方便地判断上层建筑与船体梁振动之间的耦合关系。本方法可供船厂设计人员在详细设计阶段使用。本文着重论述上层建筑与船体梁耦合振动的计算方法及其在电算程序中的计算步骤。     

组合模型在油船振动分析中的应用

针对船体振动预报中建模工作量大、计算分析周期长等问题,结合油船的结构特点,提出组合模型在油船振动分析中的应用,同时讨论了组合模型的模拟方法。以某11.5万吨油船为例,与全船三维模型进行对比,从船体梁振动特性、上层建筑振动特性以及船体振动响应等方面研究讨论了组合模型在振动分析时的要点及分析精度,并证实了组合模型用于油船各设计阶段振动分析的可行性。     

多激励工况下重吊型半潜船振动特性

动态定位是海洋工程船舶的一种特别的定位方式。在动态定位工况下,船舶主推进器、可伸缩推进器和侧推进器同时运转,激励源增多,在周围水流的作用下,将较大的振动能量传递给船体,引起推进舱及上层建筑甲板产生较大的振动,严重影响船舶的舒适性。目标船为重型起吊船,在主甲板右舷处设置有5 000 t的起吊装置,在艉部配备4台主推进器,艏部配备2台侧推进器及2台可伸缩推进器。定位工况下,需同时开启这3种设备,船舶处于多激励状态,易引发上层建筑较大的振动。文章采用有限元方法,建立目标船的三维数值模型,分析了其振动的固有频率及模态,计算了多激励工况下整船的振动响应。结果显示:目标船自由振动的前6阶固有频率较低,均已避开各激励源的风险频率范围;多激励工况下,以可伸缩推进器和艏侧推器的激励为主,各层甲板速度响应的最大值出现在11 Hz附近,响应曲线出现多个峰值,振动耦合性增强,对加权值的影响增大,但最终均能满足舒适性相关的标准限值。     

大型船舶推进轴系与船体变形耦合响应分析

船舶大型化使得船体变形对推进轴系的影响越来越突出。在研究大型集装箱船的基础上,采用有限元法探讨了大型集装箱船全船结构有限元模型和推进轴系的建模方法,波浪载荷计算方法以及轴系振动响应分析技术。以一艘8530TEU集装箱船为研究对象,实现了全船有限元分析全过程,对不同工况下推进轴系轴承支撑点处的船体变形进行了计算分析与讨论。采用ANSYS软件建立轴系有限元模型,施加不同的船体变形激励对轴系振动响应进行了分析。研究结果对轴系减振及避振措施具有一定的参考意义。     

船体大幅度非线性振动响应研究

船舶航行过程中受到海浪、船舶动力系统等各种激励作用,会产生多种类型的振动响应,导致船体的整体振动。船舶的振动不仅会影响船员的身心健康,还会对船载设备造成结构破坏。因此,研究船舶非线性振动特性,设计相应的减震装置具有重要的意义。本文首先分析了振动响应的基本原理,建立了船舶的振动模型,在此基础上,结合有限元分析软件Ansys,对船体的大幅度非线性振动响应进行了仿真研究。     

基于支持向量机的船舶上层建筑纵向振动特性预报

根据支持向量机具有小样本学习、全局寻优和泛化能力强等特点,应用支持向量机对船舶上层建筑整体纵向振动固有频率进行预测。通过对船舶上层建筑整体振动特性的分析,以23条船的船舶主尺度、上层建筑的层数、类型以及上层建筑各层的长度、宽度和高度作为支持向量机的输入数据,上层建筑整体纵向振动固有频率实测值作为支持向量机的输出数据,建立了船舶上层建筑整体纵向振动固有频率的非线性回归模型。应用此模型对5条船的上层建筑整体纵向振动固有频率进行预测,预测值与实测值接近。这证明本文方法是可行的,为船舶上层建筑整体纵向振动固有频率预报提供了一种新思路。     

船舶上层建筑整体振动有限元建模方法研究

对船舶上层建筑整体振动有限元建模方法进行研究,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76 000t油轮、110 000t油轮、8 000TEU级超大型集装箱船、174 000t散货船、30 000t散货船和11 800t散货船六条船的计算,对上层建筑整体振动有限元建模问题得到了一些有益的结论.     

支线型冷藏集装箱船振动特性研究

近年来,规范的更新和船东对舒适性要求的提升,船体振动问题愈来愈受到重视。本文采用有限元法从上层建筑整体纵向振动、船体梁总振动、局部结构振动3个方面对某型支线型冷藏集装箱船进行振动特性预报。针对不足的情况,提出改进方案,使振动水平能够满足相关标准的要求,探讨集装箱船早期设计阶段上层建筑整体纵向振动的预报方法。计算分析中获得的经验和结论,可供同类型船舶设计参考。     

5000 m~3/h非自航绞吸挖泥船全船结构振动特性分析

绞吸挖泥船因其结构复杂和工作状态特殊性,振动特性会异于常规船型,需对其进行振动特性分析.文中以5 000m3/h非自航绞吸挖泥船为研究对象,对全船结构进行总体振动特性分析和研究,讨论了不同工况条件下船舶振动特性的差异,分析了不同附连水质量计算方法对船舶总振动固有特性的影响,以及上层建筑对船舶总体振动模态的影响,得到了一些有益结论.文中采用的计算方法和相关结论为同类型船舶的振动特性分析研究提供参考.