基于水弹性力学的SWATH船结构振动与噪声分析

文章以三维水弹性力学理论为基础,提出了综合考虑波浪与设备机械激励下的船体结构振动分析方法,并对小水线面双体船的船体振动响应特性进行了分析,预报了该船体的固有频率特性,及在试验工况与航行时受发电机激励下的局部结构振动响应,并与实船测量结果进行了对比。结果表明,该方法对于船体总振动、及船体受机械激励作用下的强迫振动分析预报是有效的,可应用于工程设计。同时,利用水弹性方法对SWATH船在波浪中的辐射噪声与近场噪声进行了预报,数值预报结果与试验进行了对比,表明该方法在噪声分析中也是可行的。     

VLCC在波浪中弹性响应的理论与模型试验研究

商船的大型化发展使得船长变得越来越长.这将导致大型船舶在大洋中航行时船体梁产生由于流固耦合作用引起的波激振动和砰击颤振.文章采用模型试验和理论预报方法研究了一艘VLCC在满载和压载条件下的低频和高频垂向波浪载荷响应特性.试验模型长度超过6m,采用两根非均匀截面梁来连接模型分段,并在分段处测量模型横剖面处的垂向弯矩.理论计算采用二维非线性切片理论和三维线性水弹性理论,预报结果和模型试验结果进行了比较.分析发现船体梁的波激振动易在小波高和低波浪周期下发生,尤其是船体梁的两节点垂向湿谐振频率为遭遇波浪频率整数倍的时候.波幅增大后,船体梁还将发生砰击颤振.波浪持续激励时波激振动和砰击颤振往往会耦合发生,由于船体梁小结构阻尼的影响,目前的技术手段难以从船体梁总振动中把它们分离开来.船舶的装载条件会对船体梁的振动特性尤其是波激振动产生较大的影响,研究发现压载条件下的波激振动响应要比满载条件下的严重,在已有文献中提到这种影响的机理在文中得到了模型试验和理论计算的再验证.     

集装箱船振动及响应分析

介绍了模态频率响应有限元计算方法的基本理论,以多用途集装箱船为目标船,通过建立全船三维有限元模型,用频率响应法得到船体结构的振动响应.文中还讨论了激励与响应关系、水动质量、阻尼、频率响应计算有效频率数选取等问题,以精确预报船体结构振动及响应.本文采用的分析计算方法对目标船结构振动及响应预报值,与实船试验数据具有很好的一致性.     

基于三维水弹性方法散货船运动与波浪载荷分析

采用三维有限元方法分析船体干结构在真空中的振动模态,结合模态叠加法和边界元法计算船体在流场中的水弹性主坐标响应,给出船体剖面载荷。讨论波激振动对船体结构疲劳损伤的影响,分析表明,大型船舶的弹性效应较为明显,在高频处容易发生波激振动现象,而波激振动加大了船体结构的疲劳损伤。     

THAFTS在大型散货船水弹性响应中的应用

随着船舶主尺度的增加,在进行船舶运动与波浪载荷分析时,为了考虑船体弹性变形与流体运动的相互作用,有必要采用水弹性分析方法。采用中国船舶科学研究中心开发的三维水弹性软件THAFTS对大型散货船的水弹性响应进行研究。首先,采用有限元方法分析了船体在真空中的固有频率和振型;然后基于模态叠加原理,计算了船体在波浪中的运动和水弹性响应,并讨论了航速对波浪载荷的影响;最后探讨了波激振动对船体结构疲劳损伤的影响,所得结论对于大型船舶的结构设计具有重要的参考价值。     

三维水弹性分析中不规则频率消除及在船舶上的应用

三维水弹性力学是求解浮体和波浪流固耦合作用的重要方法,在求解时存在不规则频率的问题,这些不规则频率的存在会对高频波激振动响应的判断和二阶波浪力的精确计算产生影响。论文采用在水线面建立网格和扩展边界积分方程的方法来消除不规则频率。通过圆柱形浮体的计算,验证该方法在三维水弹性响应计算中的有效性。在此基础上,将该方法应用于一艘散货船,对比了不规则频率处理前后的水动力系数,并给出了船体的水弹性响应。计算结果表明,将不规则频率消除方法应用于三维水弹性响应的计算,可以获得更好的结果,显著改善不规则频率点处的水弹性响应。     

基于振动传递分析的舰船辐射噪声特性研究

基于结构振动传递分析,采用有限元/边界元法,结合统计能量分析,探讨了舰船的辐射噪声特性以及噪声预报方法.通过建立某舰船的振动噪声分析模型,研究了船体在主机激励下的振动响应及其沿船体表面的分布规律.在此基础上,分析了各舱段的辐射声功率对舰船辐射噪声的贡献,并且对主机激励下的全船辐射噪声特性进行了研究及预报.研究工作以及所...     

船体梁刚度对波激振动影响的比较研究

船舶大型化发展的趋势使得其尺度越来越大,而结构轻量化设计的需求则使高强度钢被大量应用于其结构设计之中,相对于传统的小尺度船舶,相对刚度的下降使得船体梁变得越来越"软",这将导致大型船舶在波浪中航行时船体结构波激振动特性发生变化。采用模型试验和理论预报的方法,研究某大型工程船在不同船体梁刚度下的低频和高频垂向波浪载荷响应。分段试验模型采用2种横剖面惯性矩的钢质梁,用以分别模拟船舶横剖面原始的和变化后的刚度。采用三维水弹性理论对该船在波浪中的响应进行预报,并与模型试验结果进行比较。结果显示:小刚度的船体梁更易在波浪中发生波激振动;频繁的波激振动将导致结构发生严重的疲劳损伤问题。这种刚度变化对船体梁波激振动的影响规律表明,有必要将刚度作为大型船舶结构优化设计的重要参数之一。     

76000DWT散货船总振动计算分析

通过有限元法对一艘76,000DWT散货船进行了全船的振动性能预报,包括船体固有频率和振动模态,以及在受到主机的二阶不平衡力矩激励下的强迫响应。计算表明,76,000DWT散货船的振动性能良好,满足ISO6954的振动基准。论文研究对该类型船舶的振动和响应预报具有一定的参考价值。     

浅吃水肥大船波激振动研究

本文根据船舶水弹性统一理论,研究了波浪引起的船体对称振动,编制了计算程序,并作了实例计算和浅吃水肥大船分段弹性龙骨模型试验,两者结果比较基本相符。本文还用切片理论计算了浅吃水肥大船的波浪诱导弯矩和切力,表明该理论预报船体的动力响应误差较大,在船舶设计中宜采用新的船舶水弹性理论。     

小水线面双体船波浪载荷水弹性分析

三维水弹性力学将结构分析的有限元方法与围绕柔性体的势流理论结合起来,为在波浪中航行或驻立的复杂结构的运动和内力分析提供了一个流固耦合的统一分析方法,也为小水线面双体船的分析提供了有效的分析工具.文中将水弹性力学方法和谱分析方法相结合,对1 100吨SWATH船进行波浪载荷预报,并将计算结果与水池模型试验数据及国外相关资料进行了对比,说明了水弹性分析方法对于SWATH设计的合理性.     

小水线面双体船总振动计算与试验研究

小水线面双体船是一种耐波性较好的双体船,其水线面较小,但湿表面较大,使得附加质量对船体的振动特性影响较大。运用三维水弹性分析方法,以干模态为主坐标,分析小水线面双体船的振动特性。综合考虑波浪中附加质量的影响,得到小水线双体船的各阶主要总振型。同时,对实船进行了总体振型测试,得到相应的振型。计算与试验的结果对比分析显示,它们在该船的各主要振型模态上较为吻合,振型频率也一致,说明测试方法合理,数值计算方法可行。     

小水线面双体船船体总振动固有频率预报研究

小水线面双体船是近代发展的一种新船型，不同于常规船型的单体船，其总振动模态计算非常特殊。应用有限元法进行小水线面双体船船体总振动的计算分析，结果表明该船总振动特性满足船体振动储备要求，可以认为该船的振动性能良好。     

小水面双体船结构优化分析

分析某型号小水线面双体船在2种航态下的结构强度问题,并在此基础上实现该船体结构的优化,以达到提高结构总体性能,减小结构重量并降低结构重心之目的.在研究中,根据 CCS 规范计算双体船结构的外载荷,并用有限元法进行结构强度分析.最后,通过集成多学科优化平台,以遗传算法为搜索策略,同时对2种航态下的船体结构进行优化.数值计算表明,优化结果具有可行性,可为现实设计提供参考.     

基于不同试验方法和非线性水弹性时域理论的鞭振弹振响应研究

船体主尺度增大会导致严重的鞭振和弹振现象,这会增大船体结构的极限载荷和疲劳损伤.为了深入探究船体的振动响应,文中在拖曳水池对某万箱集装箱船分别进行了分段模型的自航和拖航试验.分析了不同海况下自航和拖航这两种试验方式对鞭振和弹振响应的影响.为计及不同振动频率成分对载荷响应的影响,提出一种考虑波浪记忆效应的非线性水弹性方法.文中提出了一种求解延时函数的方法,能够解决高频区域的阻尼系数的计算限制.最后,船舯弯矩试验结果分别和线性与非线性理论结果进行了比较,发现文中提出的非线性方法能够更好地预报弹性船体的振动响应.     

基于应力集中系数的SWATH船疲劳节点筛选方法研究

小水线面双体船的疲劳强度问题十分突出,疲劳强度校核节点众多且目前还没有一个明确的疲劳节点筛选原则。针对这些问题,研究基于典型节点的热点应力集中系数有限元计算和名义应力分析,对小水线面双体船全船结构中可能发生疲劳强度失效的节点进行疲劳寿命估算,并根据估算结果对需要进行热点应力分析的疲劳节点进行筛选。计算结果表明,该方法在处理大量结构节点的疲劳寿命估算问题中,计算效率较高,能够反映全船的节点疲劳强度特性,且估算结果较为可靠。该方法不仅适用于小水线面双体船,对于其他类型的船舶,该方法同样具有适用性。     

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。     

减小船体艉部振动的动力吸振器研究

采用有限元法研究了动力吸振器减小船体梁结构谐波振动响应的有效性。在本文研究中利用由文献[1]给出的最优调谐参数，采用直接法计算谐波激励下船体结构的频率响应特征。本文分析了动力吸振器三种不同配置的情况，用来研究它们对减小船体谐波响应的敏感性和适用性，为动力吸振器的实船应用提供了理论依据。     

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.     

An advanced theory of thin-walled girders with application to ship vibrations

The paper presents an outline of the advanced theory of thin-walled girders. The improvement includes shear influence on torsion as an extension of shear influence on bending. The analogy between bending and torsion is recognized and pointed out throughout the paper. Complete differential equations of coupled flexural and torsional vibrations for a prismatic girder are derived. In addition, the 8 d.o.f. beam finite element, utilizing the energy approach, is constituted with stiffness and mass matrices, and load vectors. The paper describes determining of geometrical properties of multi-cell open cross-sections by employing the strip element method. Numerical procedures for vibration analyses are outlined. Furthermore, dry natural vibrations of a VLCS (Very Large Container Ship) are analysed by 1D FEM model as a prerogative for hydroelastic analyses of these relatively flexible vessels. Influence of transverse bulkheads is taken into account by increasing torsional stiffness of the ship hull proportionally to their deformation energies. Validation of 1D FEM model is checked by correlation analysis with the vibration response of the fine 3D FEM model.