超大型半潜船振动设计研究-甲板室局部 振动控制设计

本文采用三维有限元分析技术对某半潜船甲板室局部振动情况进行模态分析预报， 并结合本船主要相关激励源频率错开要求与半潜船型自身的结构布置特点，对甲板室结构进行设计研究，降低了本船甲板室局部振动风险。本文为类似船型甲板室结构动力学设计提供了基本流程与设计方法。     

超大型半潜船甲板室局部振动设计研究

文章采用三维有限元分析技术对某半潜船甲板室局部振动情况进行模态分析预报,并结合本船主要相关激励源频率错开要求与半潜船型自身的结构布置特点,对甲板室结构进行设计研究,降低了本船甲板室局部振动风险。文章为类似船型甲板室结构动力学设计提供了基本流程与设计方法。     

半潜船振动控制设计

针对半潜船振动控制问题进行研究,分析总结半潜船船型特点及振动计算研究现状,阐述半潜船振动计算中重点关注的问题。梳理半潜船振动评估中主要关注的激励源,分别利用数值计算法以及有限元方法对半潜船总振动情况进行研究。对半潜船生活楼区域结构整体振动情况及局部板架振动情况进行研究,通过强迫振动分析的方式进行生活楼区域结构的响应分析,并根据计算结果进行结构的优化设计。研究结果可为后续工程实践中的半潜船振动评估及结构设计提供借鉴。     

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。     

关于半潜船舾装数计算的探讨

为了找到针对半潜船特点的舾装数计算方法,在调研的基础上对4条不同类型、不同吨位的半潜船进行分析,提出半潜船舾装数计算的建议:无论甲板室宽度是否小于B/4,均应将该甲板室计入A、h,除非能提供所载甲板货的最大正向迎风总面积,可按甲板室及甲板货的实际最大正向迎风总面积之和计入;应计入所载甲板货的最大侧向迎风总面积,如不能提供甲板货的最大侧向迎风总面积时,舾装数可按增加2档选取。     

大型半潜船舱段有限元工况设计研究

半潜船作为特种运输船舶,为实现其运输能力,相较于油船、散货船和集装箱船等典型运输船,具有独特的船型特点.由于大型半潜船运输货物复杂多样,故船级社目前对于半潜船并无明确的计算工况要求.文章对大型半潜船的甲板设计载荷和工况组合进行研究,总结了大型半潜船甲板载荷和工况设计的基本思路,并提出典型的设计工况需考虑的问题,以保证工况设计既能满足船舶的典型装载需要,又不会因过于保守而影响半潜船构件设计以及船舶的载货指标.     

半潜船振动特性

利用Patran软件建立某半潜船有限元模型,应用Nastran软件的Lanczos方法计算此半潜船在不同载况下船舶总体垂向振动各阶模态。将计算得到的各载况下固有频率与该船主机和螺旋桨激励频率进行比较得出此半潜船振动性能良好。附连水质量对于半潜船各载况下的固有频率有十分重要的影响,因此将以源汇分布法为代表的数值计算方法与刘易斯法为代表的经验公式方法进行验证和对比,得出半潜船下潜状态的附连水质量计算应该应用数值计算方法的结论。本文对于半潜船振动设计预报及附连水质量计算具有一定的参考意义。     

支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究

针对支撑参数改变轴系振动特性问题,建立轴系-轴承-基座系统分析模型,研究轴承支撑刚度、基座支撑刚度等支撑参数对系统振动固有特性、振动传递特性的影响规律,并提出轴系减振设计参数控制方向。分析结果表明：轴系横向振动模态频率对轴承刚度、基座刚度在某些区间较为敏感;轴系横向振动部分稳定模态频率不随支撑参数改变;螺旋桨轴承强基座刚度、弱轴承刚度,有利于降低螺旋桨横向激励力通过轴系向螺旋桨轴承的传递;舱内油润滑轴承支撑参数改变对降低螺旋桨轴承处的振动传递影响较小。     

泥浆泵舱甲板振动测试与控制

针对某自升式平台泥浆泵舱顶部甲板的局部振动问题,采用振动测试和和理论分析相结合方式分析振动原因,利用振动分析仪测试测点振动速度响应,通过速度响应曲线发现振动在整个激励频率范围内始终存在,并且速度响应随激励频率增加而增加,属于受迫振动,且不满足规范要求。分析发现泥浆泵振动通过管道传递至连接在刚度较弱的纵骨上的管托,从而引起甲板的振动,提出采用将连接在纵骨上的管托延长至强横梁上的改进方案,显著降低甲板振动,符合规范要求。     

支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究

针对支撑参数改变轴系振动特性问题,建立轴系-轴承-基座系统分析模型,研究轴承支撑刚度、基座支撑刚度等支撑参数对系统振动固有特性、振动传递特性的影响规律,并提出轴系减振设计参数控制方向。分析结果表明:轴系横向振动模态频率对轴承刚度、基座刚度在某些区间较为敏感;轴系横向振动部分稳定模态频率不随支撑参数改变;螺旋桨轴承强基座刚度、弱轴承刚度,有利于降低螺旋桨横向激励力通过轴系向螺旋桨轴承的传递;舱内油润滑轴承支撑参数改变对降低螺旋桨轴承处的振动传递影响较小。     

十万吨半潜船“新光华”轮的设计

十万吨半潜船“新光华”轮是708所为中远海运特运开发设计的新旗舰,具有甲板均布载荷大、下潜稳性安全、装卸货作业速度快、结构强度合理、对货品保护好、首艘满足最新半潜船安全及性能规范等一系列技术特点。文章概述了十万吨半潜船船型概况和主要技术特点，分析了最新规则规范的运用,从总布置、主要系统设计等方面展开了重点分析与设计介绍。     

海洋平台结构振动超标分析方法研究

针对某海洋平台甲板结构振动超标的问题,依次选取甲板板格、加筋板单元以及甲板板架为分析对象,研究了求解平台甲板板格、加筋板单元振动固有频率的解析方法以及板架结构振动固有频率的数值预报方法,对振动超标区的甲板结构振动固有频率进行了计算研究,并与试验结果对比。研究结果表明,平台甲板结构出现振动超标的主要原因是板架结构中加筋板单元的振动固有频率与激励频率重合引起的结构局部共振。所得计算方法和流程可应用于类似工程结构的振动预报和设计,具有一定的工程意义和研究价值。     

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。     

泥浆泵舱顶部甲板减振研究

以某平台泥浆泵舱顶部甲板为研究对象，利用数值计算和振动测试结合的方法对其减振方案进行研究。设置两种泥浆泵运行工况，利用振动分析仪测量甲板上表面8个高振动测点的振动速度。利用有限元方法建立顶部甲板模型，通过模态分析和谐响应分析得到顶部甲板的前五阶固有频率和各测点振动速度-转速曲线。振动响应数值计算结果和测试结果吻合，验证数值模型可靠性。分析发现顶部甲板固有频率远离激励频率，结构振动属于强迫振动，主要由泥浆泵输出管系的管托固定在刚度较弱的顶部甲板纵骨引起。甲板振动速度不符合规范要求，因此提出两种增加刚度的减振措施。通过谐响应分析重新计算测点的振动速度响应，结果满足规范要求。研究结果为船体局部结构设计和减振设计提供参考。     

泥浆泵舱顶部甲板的减振研究

以某平台泥浆泵舱顶部甲板为研究对象,利用数值计算与振动测试相结合的方法对其减振方案进行研究。设置2种泥浆泵运行工况,利用振动分析仪测量甲板上表面4个高振动测点的振动速度。利用有限元方法建立顶部甲板模型,通过模态分析和谐响应分析得到顶部甲板的前5阶固有频率和各测点振动速度-转速曲线。振动响应数值计算结果与测试结果吻合,验证数值模型具有一定的可靠性。分析发现顶部甲板的固有频率远离激励频率,结构振动属于强迫振动,这主要是泥浆泵输出管系的管托固定在刚度较弱的顶部甲板纵骨上引起的。甲板振动速度不符合规范的要求,因此提出2种增加刚度的减振措施。通过谐响应分析重新计算测点的振动速度响应,结果满足规范的要求。     

2750 TEU集装箱船的局部振动评估

通过半解析法和有限元法对一艘2750TEU集装箱船进行了机舱、尾部及甲板室的局部振动预报,包括板格、筋和板架的首阶固有频率以及罗经甲板和舷侧板架的固有频率和振动模态。计算表明,2750TEU集装箱船的局部振动性能良好,满足亚临界动态设计的设计衡准。指出对采用低速机的船舶而言,用亚临界动态设计方法是可行的。     

周期支撑充液管路轴向振动特性分析

基于Timoshenko理论,采用传递矩阵法计算了充液周期结构管路和周期支撑管路轴向振动传递特性,分析了轴向波波数实部、虚部与轴向波传播特性之间的关系。计算表明,轴向周期结构管路与轴向周期支撑管路系统均存在振动带隙,且振动带隙范围与轴向波波数实部、虚部之间一一对应。还分析了单个晶胞长度与支撑刚度对轴向振动带隙的影响。研究结果可为管路系统的振动噪声控制提供有效的技术支撑。     

2 750 TEU集装箱船的全船总振动评估

通过有限元法对一艘2750TEU集装箱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,以及在螺旋桨和主机激振力作用下的甲板室强迫响应。计算表明,2750TEU集装箱船的振动性能良好,满足ISO6954的振动基准。     

半潜船沉浮作业工况动载荷研究

基于三位势流理论,根据《国内航行海船法定检验技术规则2011》中有关半潜船沉浮作业工况外界环境条件要求,应用2012年《钢质海船入级规范》及2014年修改通报要求的波浪载荷直接计算方法,对半潜船沉浮作业过程的波浪动载荷,以及波浪诱导加速度导致的甲板货物动载荷进行计算,为半潜船沉浮作业工况的结构设计提供较为准确的外载荷依据,并为规范的修订提供技术支撑。     

变刚度支撑对船舶轴系横向振动影响分析

为研究轴承水平和垂直变刚度对船舶轴系横向振动的影响,在ANSYS中建立船舶推力轴系有限元模型,通过模态分析和谐响应分析,研究了艉轴承2个共轭方向变刚度时,轴系的横向固有振动频率以及横向受迫振动情况。研究结果表明:随着轴承某一方向的刚度降低时,该方向上横向振动的固有频率也降低,尤其是低阶频率,对应的谐响应振幅也随之降低,这对轴系低阶横向振动影响较为突出。该结果对通过改变轴系支撑刚度来抑制轴系振动提供了理论支持。