小型船舶减摇装置的最优设计及性能分析

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1、小型船舶减摇装置的最优设计及性能分析第２９卷第１期上海船舶运输科学研究所学报Ｖ０１．２９Ｎｏ．１２００６年６月ＪＯＵＲＮＡＬ０ＦＳＳＳＲＩＪｕｎ．２００６文章编号：１０００—４６９６（２００６）０１．００４４—０４潘秋华（江苏科技大学数理系，江苏镇江２１２００３）摘要：在建立了系统动力学模型的基础上，运用数值优化方法对减摇装置的参数进行了优化设计，得到了减摇装嚣的最佳频率和最佳阻尼；分析了减摇装置有无时系统的传递函数特性，仿真计算了减摇装置有无时船体对初始横摇角的响应及对外部激振的响应。结果表明，设计的减摇装置对船体的横向摇动有明显的减摇效

2、果。关键词：船舶、舰船工程；减摇装置；优化设计中图分类号：Ｕ６６４．７４文献标识码：ＡｏｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｎｌｃｉ—ＲｏｌｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＳｍａｌｌＳｌｌｉｐｓＰＡⅣｇ珈危Ｍｏ———————————————————————————————————————————————（Ｄｅｐｔ．ｏｆＭａｔｈ．ａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＪｉａＩｌｇｓｕＵｎｉ．ｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｏｎｏｌｏｇ）ｒ，Ｚｈｅｎ舀ｉａｎｇ２１２００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓ”ａｃｔ：０ｎｔｌｌｅｂａｓｉｓｏｆｓ

3、ｅｔｔｉｎｇｕｐｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｓｈｉｐｗｉｔｌｌａＩｌｔｉ—ｍⅡｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｏｐｔｉｍａｌｍｅｔｌｌｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔ｝ｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆａｎｔｉｒｏｕｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｆｂｑｕｅｎｃｙａＪｌｄｄａｍｐｉｎｇｒａｔｉｏｓｏｆ血ｅｓｙｓｔｅｍａｒｅｔｈｅｎｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｆｋｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａ瑚ｌｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｆｏｒｃａｓｅｓｗｉｔｈ

4、ａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｔｈｅａｎｔｉ?ｒｏｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ａｌｓｏ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓｔｏｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｒａｎｄｏｍｍｌｌｉｎｇｔｏｒｑｕｅａｒｅｃ蕊ｅｄｏｕｔｆｏｒｔｈｅｂｏｔｈｃａｓｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｓ远ｎｅｄａｎｔｉ?ｒｏｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈａｓｏｂｖｉｏｕｓａｎｔｉ?ｍｌｌｉｎｇｅ丑’ｅｃｔｉＶｅｎｅｓｓ．ＫｅｙｗＯｒｄｓ：ｓｈｉｐ，ｎａｖａｌｅｎｇｉｉｎｅｅｒ———————————————————————

5、————————————————————————ｉｎｇ；ａＩｌｔｉ—ｍｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ１前言交通运输工具在行驶中受到的外部激振而产生的振动，不仅使机械寿命降低，而且对驾驶员的工作效率、乘员的疲劳等有重要的影响…，因此减振设计一直是机构设计中最重要的工作之一。与其它交通运输工具相比，船舶不仅在行进中受到风、波浪等外部激振，在停泊时也受到这些外部激振。降低这些外部激振对船体振动的影响，特别是减小船体的横向摇动，保证船舶的乘坐舒适性是很重要的研究课题。动力减振器由于其机构简单，调整方便，元件少，在机械、建筑、桥梁

6、、车辆等交通工具的减振中得到了广泛的应用‘２。。能否运用动力减振器的基本原理，对船舶的横摇进行控制是本文的研究目的。在建立了系统动力学模型的基础上，运用数值优化方法对减摇装置的参数进行了优化设计。３“。，得到了减摇装置的最佳频率和最佳阻尼；分析了系统在有无减摇装置条件下的传递函数特性，仿真计算了船舶在有无减摇装置时对船体初始横摇角及外部干扰的响应。结果表明，设计的减摇装置对船体的横摇有明显的减摇效果。收稿日期：２００５—１０—２５作者简介：潘秋华（１９６２．），女，江苏镇江人，讲师。万　方数据４５２系统模型的建立——————————————

7、—————————————————————————————————图１为小型船舶（３ｔ）与减摇装置的动力学模型。通常船体的运动有６个自由度，但本研究的目的是为减少船体的横摇，故仅考虑横摇这一个自由度。式（１）为系统的运动方程式。百＋２瞄矽＋∞≯一２等∞鼢一誊（ｇ＋∞：ｍ＝嘉戈＋２蚶。（?＋等）露＋｛（?＋等）∞：＋等）省一２蚰旁一（叫；ｚ＋ｇ）口＝一嘉矩。（１）国１减摇装置的动力学模型图１中：Ｍ分别是船体系统的质量、阻尼；ｍ，矗，ｃ分别是减摇装置系统的质量、刚度及阻尼；２为减摇装置与船体重心的距离；口为船体的横摇角；戈为减摇装置与船体的相对

8、位移；ｒ为波浪对船体产生的转动力式（１）中：三为船体的回转半径；“为减摇质量与船体质量的质量比；岛为船体质量系统的阻尼系数；叫。为船体的固有振动频率；甜；为减摇装置的固有振动频率