固定海床上海底管跨顺向和横向耦合振动实验研究

虽然对于圆柱体结构涡激振动问题的研究很多,但是对于海床近壁影响下海底管跨顺向和横向耦合涡激振动特征了解的还相当少。文章在波流水槽中开展了实验研究工作,对固定海床上海底管跨顺向和横向耦合振动进行了探索。实验模型由一根长2.6m,外径为16mm,壁厚为0.3mm的钢管制作而成,模型质量比为2.62。实验间隙比为2.0、4.0、6.0和8.0。模型的动力响应采用光纤光栅应变传感器测量,每个振动方向沿模型管线长度方向均匀布置四个传感器。利用模态分析方法对应变数据进行处理得到模型的振动位移响应,进而分析得到振动频率、响应幅值、模态特征等数据。对不同间隙比条件下管线横截面运动曲线沿管长的变化以及随流速的变化进行考察,发现对于e/D>2.0,运动曲线表现为常见的8字形,但是对于e/D=2.0,横截面运动曲线表现为泪滴形图样。各间隙比条件下顺向振动频率与横向振动频率的比值大部分集中在2.0附近,证实了对于锁定范围内的流速,顺向振动频率是横向振动频率的2倍。     

国外造船文摘

本文对用于在设计阶段预估一艘高速拖运滚装船(150,000轴马力、三螺旋桨)振动级的有限单元模型的一些结构方面问题进行了论述。由模型的振形可知,在运行转速的桨叶频率处,船体并不象梁在弯曲、剪切和扭转时那样振动,但甲板和双层底则随不同的波长、波幅和相位而运动。船体的挠性会严重影响推进轴的横向振动频率。模型的反应表明,对由运行转速引起的推进系统共振频率进行消谐是较为重要的。在计算推进系统纵向振动时,作者建议,釆用有限单元法     

《2006航运业薪酬福利水平报告》解读

对某舰的单臂尾轴架,采用军标规范中的经验公式对其横向一阶的频率进行了计算;采用有限元数值计算方法,用三维的体单元建立了单臂尾轴架的有限元模型,计算了其前十阶频率和振型;进行了现场的振动特性实验,测得了某舰单臂尾轴架的横向一阶和纵向一阶频率和振型。对所得到的三种结果进行比较研究表明:经验公式计算所得的结果同实验结果相差较大,有限元计算所得的结果同实验结果相差较小;对用于尾轴架振动计算的经验公式应进行进一步的研究;在尾轴架设计时可以采用有限元方法进行振动计算预报。     

某舰单臂尾轴架振动特性研究

对某舰的单臂尾轴架，采用军标规范中的经验公式对其横向一阶频率进行了计算；采用有限元数值计算方法，用三维的体单元建立了单臂尾轴架的有限元模型，计算了其前十阶频率和振型；进行了实船的振动特性测试，测得了其尾轴架的横向一阶和纵向一阶频率和振型。对所得到的三种结果进行比较研究表明：经验公式计算所得的结果同实验结果相差较大，有限元计算所得的结果同实验结果相差较小；对用于尾轴架振动计算的经验公式应作进一步的研究；在尾轴架设计时可采用有限元方法进行振动计算预报。     

复合材料层合板的动力响应和横向应力分析

基于分层理论并在板厚方取二次位移插值函数推导出正交层合板的动力学方程.得到了简支层合板的振动频率,且能够计算出协调的横向应力.在低阶模态振动下,横向剪应力是造成层合板脱层的主要原因:而在高阶模态振动下-横向正应力在脱层破坏中起主要作用.采用适当模量材料的层合板能有效地降低横向应力,特别是横向正应力.结果表明文中所采用的算法,算式及所编写的程序是可靠的.     

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。     

水力式升船机平衡重系统单竖井模型振动试验研究*

水力式升船机是我国提出的具有自主知识产权、利用水能作为提升动力和安全保障措施的新型垂直升船机形式。针对该型升船机研究现状,设计制作平衡重系统单竖井简化模型,对其进行不同频率不同振幅正弦振动试验。结果表明：低频产生的振动响应比高频明显,且振幅越大振动响应越激烈;当试验频率接近模型结构自振频时,竖井与浮筒间隙水体晃荡剧烈,浮筒上下运动明显,承船厢也随之上下晃动,这对升船机的平衡安全运行具有不容忽视的影响,需要进一步深入研究。     

供油不良引发的柴油机共振故障分析与治理

某船1#柴油主机在低速时横向振动剧烈,振动信号频谱上存在一个明显突出的异常频率成分。文章测量了柴油机及其隔振系统的固有频率,异常振动频率成分接近系统的横向固有频率,具有明显的共振特征。振动剧烈的原因是隔振器和激励源存在问题。调整了供油系统和更换了全部(8个)隔振器后,振动明显降低。     

两自由度运动圆柱绕流的离散涡方法模拟

应用离散涡数值方法(Discrete Vortex Method,DVM)对弹性支承的二维圆柱绕流的涡激振动(VIV)问题进行数值模拟,研究单自由度横向运动系统、两自由度系统横向和流向耦合运动这两种模型的计算结果,得到了不同质量比、不同折合速度下的尾涡形状、受力系数和圆柱响应曲线,并分别提取了单自由度和两自由度两种模型所得到的横向振幅进行对比.总结出受质量比和自由度数影响的圆柱响应的变化规律,证实了锁定lock-in现象的发生过程.通过与实验结果的对比,验证了计算结果较为合理和可靠,说明离散涡方法是研究涡激振动问题的有效手段,并且它能够适应高雷诺数下的计算,并且认为圆柱的流向运动对涡激振动起着促进作用,在数值模拟中是应当予以重视的.计算过程采用FORTRAN语言编程实现.     

表面粗糙度对立管涡激振动响应影响的试验研究

应用模型试验的方法,研究了表面粗糙度对立管涡激振动响应特性的影响规律,对不同粗糙度条件下立管所受拖曳力、升力、端部张力、漩涡泄放频率、结构振动响应频率、位移响应等参数的变化规律进行了对比分析。结果表明:与立管横向振动相比,立管流向振动更早出现锁定现象,因此当折合速度较低时,立管流向振动的涡激振动响应要大于横向振动。立管张力均存在两个峰值频率,其中一个峰值频率为主导频率,与拖曳力主导频率吻合,由流向涡激振动所产生;另一个峰值频率为主导频率的一半,与升力主导频率吻合,由横向涡激振动所产生。因此可以看出:横向涡激振动与流向涡激振动通过张力作用而相互影响。与光滑立管相比,表面粗糙度降低了立管的涡激振动位移响应,减小了涡激振动的锁定区域,但提高了漩涡泄放频率。对于不同粗糙度下的粗糙立管,随着粗糙度的增加,立管的锁定区域开始点逐渐提前,锁定结束点逐渐推迟,锁定区域逐渐变宽。     

表面粗糙度对立管涡激振动响应影响的试验研究

应用模型试验的方法,研究了表面粗糙度对立管涡激振动响应特性的影响规律,对不同粗糙度条件下立管所受拖曳力、升力、端部张力、漩涡泄放频率、结构振动响应频率、位移响应等参数的变化规律进行了对比分析。结果表明：与立管横向振动相比,立管流向振动更早出现锁定现象,因此当折合速度较低时,立管流向振动的涡激振动响应要大于横向振动。立管张力均存在两个峰值频率,其中一个峰值频率为主导频率,与拖曳力主导频率吻合,由流向涡激振动所产生;另一个峰值频率为主导频率的一半,与升力主导频率吻合,由横向涡激振动所产生。因此可以看出：横向涡激振动与流向涡激振动通过张力作用而相互影响。与光滑立管相比,表面粗糙度降低了立管的涡激振动位移响应,减小了涡激振动的锁定区域,但提高了漩涡泄放频率。对于不同粗糙度下的粗糙立管,随着粗糙度的增加,立管的锁定区域开始点逐渐提前,锁定结束点逐渐推迟,锁定区域逐渐变宽。     

大型集装箱船上层建筑整体振动的分析方法

大型集装箱船上层建筑尺度向更高更短结构形式发展的同时,其固有振动频率的降低容易与螺旋桨、主机及外界的激振力产生共振,从而对船员的工作、生活环境及船体结构安全造成影响。如何分析该型船舶上层建筑的整体振动已成为船体振动研究的重要内容。以某9200TEU船为例,针对影响上层建筑整体振动的装载工况、结构范围、附连水质量及计算网格进行研讨,建立了若干有限元计算模型,推演多个模型结合设定工况的纵向、横向和扭转振动频率,进行大量的模拟计算,取得了分析上层建筑整体振动的可信依据。分析计算成果可供同类船舶在设计论证中参考。     

张力腿平台涡激运动特性的试验研究

文章基于物理模型试验,对张力腿平台的涡激运动问题进行了探讨,研究了横向和顺流向涡激运动频率及响应特性。试验结果表明:在锁定区,涡激运动频率与平台在海流中的位置有关。当结构沿流向对称时,顺流向振荡频率是横向振荡频率的两倍;当结构沿流向不对称时,顺流向振荡频率与横向振荡频率相同。试验结果还表明,流向角是影响平台运动轨迹的关键因素,当流向角为0°和45°时,平台运动轨迹呈不规则"8"字形;15°和30°时,运动轨迹为"香蕉形"。     

某柴油机振动烈度过大原因的实验研究及分析

针对某柴油机刚性安装在试验台上时振动烈度偏大的情况，测量了该机器及安装基础的振动速度信号，并在停机状态下测试了安装基础的速度导纳。对柴油机和安装基础的振动速度信号进行了相干分析，结合速度导纳测量结果，发现安装基础横向刚度不够是振动烈度偏大的主要原因。理论和试验结果证明：增加安装基础横向刚度可以减小安装基础的横向振动，进而减小柴油机的横向刚体运动，从而降低柴油机台架试验时的振动烈度。     

深吃水半潜生产平台涡激运动特性研究及其参数化分析

本文采用改进的延迟分离涡方法(IDDES)数值模拟深吃水半潜平台的涡激运动,研究深吃水半潜平台在0°、22.5°和45°流向角下的纵向、横向和艏摇运动响应,以及吃水和立柱倒角对半潜平台涡激运动的影响。对比实验数据发现,数值结果与实验数据基本吻合。从计算结果可知,横向运动出现频率锁定现象,但不同流向角下的锁定区域不同,22.5°和45°流向角下的锁定区域发生在6.0V_r8.0,而0°流向角下的锁定区域则相对滞后;艏摇运动响应特性与横向不同,未出现锁定现象,在3.0V_r13.0区间内,艏摇运动响应幅值随V_r的增加而增加。当立柱只有一个倒角时,倒角半径尺寸对半潜平台横向运动响应和艏摇运动响应的影响很小,而当立柱四边都有倒角时,半潜平台的横向运动响应和艏摇运动响应均随倒角半径的增加而变大。半潜平台的横向运动响应和艏摇运动响应均随着吃水增加而增大,当吃水较小(H/D≤0.9)时,半潜平台的横向运动无明显频率锁定现象。     

艉部激励对船舶推进轴系回旋振动的影响

以某型船舶推进轴系为研究对象,将轴系受到的艉部激励分解为垂向、横向和轴向的3个分量,通过在艉轴承对应节点处计入相应方向的载荷来模拟艉部激励的不同分量,利用ANSYS计算从单向艉部激励分量和多向艉部激励分量共4种工况来探讨艉部激励对轴系回旋振动的影响规律。结果表明:艉部激励垂向分量、横向分量均可以激起轴系的回旋振动,且垂向分量比横向分量的影响更大;而艉部激励轴向分量对轴系回旋振动没有影响;0 Hz~100 Hz频率范围内,回旋振动的共振幅度随共振频率的增加而增大;在多个方向的艉部激励分量同时作用下,轴系在垂直和水平方向的振动响应是一致的。     

多跨充液管道的振动特性分析

考虑管道与液体之间的泊松耦合与结合部耦合,推导了低频情况下的充液直管轴向、横向振动传递矩阵与刚性支撑的点距阵.使用传递矩阵法计算两种边界条件下单跨和多跨充液管道的模态频率及模态振型.结果表明,在充液管道振动分析中,流固耦合作用不能忽略,多跨管道系统由于刚性支撑的加入使系统频率增加.     

粘弹加筋层合圆柱壳的阻尼振动和层间应力

应用分层壳理论并在壳厚方向采用二次插值函数推导出粘一弹加筋层合圆柱壳的动力学方程，并得出简支粘弹加筋层合圆柱壳阻尼振动的解。对粘弹层合圆柱壳，所给出的振动频率和结构损耗因子与A．Okazaki的结果吻合良好。分别计算了粘弹加筋层合圆柱壳对应的低阶频率、结构损耗因子和层间横向应力幅值，并分析了粘弹性材料的影响。结果表明，很高的层间横向应力是低频振动中引起粘弹层合圆柱壳分层破坏的主要因素，而采用适当模量的粘弹性阻尼材料将有效地降低层间横向应力的幅值，特别是层间法向正应力的幅值。     

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。     

流—固耦合效应对桩柱频率特性的影响分析

基于流—固耦合的桩柱横向振动理论,利用有限元软件分析水深与桩柱高度之比、桩柱综合折算弹性模量、空心桩柱壁厚与外径之比等因素对流—固耦合效应的影响,分析结果表明:流—固耦合效应会减小桩柱的自振频率,桩柱的综合折算弹性模量会影响桩柱高、低阶横向振动频率的衰减,空心桩柱壁厚与外径之比会影响其一阶横向振动频率的衰减幅度。