船舶总振动建模方法研究

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船体在主机、螺旋桨及波浪等激励作用下有时会发生共振,产生有害振动。为避免船体共振,首先要计算船舶总体振动固有频率及振型,以作为选择主机类型和螺旋桨参数的依据。 目前,船舶总体自由振动计算常用的方法有三种:一是运用经验公式计算总振动固有频率;二是把船舶总体结构视为两端自由漂浮在水上的变剖面梁,按迁移矩阵法或有限元方法将其离散为若干段(一般为20段),计算其固有频率及振型;三是把船体视为由板梁组合而成的空间结构,按三维有限元法对全船进行有限元离散,计算固有频率及振型。 经验公式法一般用于设计初级的估算,该方法简单方便,但计算精度不高。一维梁模型法的计算模型简单,计算量小,计算出的低阶固有频率是准确的,但计算高阶固有频率时误差较大,并且随着阶数的增高,其误差越来越大;三维有限元模型法能够较合理的反应船体的空间结构,计算的固有频率精度较高,但计算模型复杂,计算工作量大,并且在后处理阶段振型判断困难。 综合以上分析,需要对船体总振动的建模方法进行研究,以便运用合理简便计算模型来计算船舶总振动固有特性。本文基于船舶总体结构构造了一个薄壁箱型梁模型,运用不同建模方法计算其总振动固有特性,并对计算结果进行比较分析,得出了有益的结论,该结论可应用于船体总振动计算。 采用一维梁模型计算船体总振动时,高阶固有频率不够准确,其原因主要是由于未考虑剪切滞后影响所引起的,因此需要对剪切滞后效应进行研究。本文通过构造的薄壁箱型梁模型,分别运用一维和三维空间Timoshenko梁模型计算其固有频率,并对两种模型的计算结果进行比较,探讨了剪切滞后效应对一维梁模型固有频率的影响,提出一种考虑剪切滞后影响的频率修正系数,并将此修正系数应用于船舶总振动计算的一维梁模型中,用110000t油轮进行验证,计算结果证明本文方法是可行的。
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