对于船舶上建结构局部振动频率及分析

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1、对于船舶上建结构局部振动频率的分析摘要：当船舶在海上航行时，由于受到风浪波动的影响，船体结构的振动是不可避免的。船舶振动过大不但会对船上的船用设备产生影响，也会造成船体结构的损坏，甚至会危害船上人员的生命安全。所以在船舶的设计阶段，必须考虑船舶局部结构的振动频率问题，并采取办法对其加以控制。本文介绍了船舶振动的发展现状，具体从船舶振动的危害、现象和振源等方面，针对船舶上建结构的振动频率问题进行了简要分析。关键词：船舶振动；局部振动；上建结构；上层建筑整体纵向振动固有频率在船舶结构的整体设计中，船舶局部振动是不可忽视的一个重要指标。近年随着

2、我国海上船舶业的蓬勃发展，船舶的设计引入了更多的科技元素，并且功率越来越大。但是，船舶的上建结构因为有别于传统设计且刚度有所减弱，所以当船舶振动频率过大时，上建结构就会产生严重振动，威胁整个船体的安全航行。一、船舶振动虽然船舶在海上航行时，受波浪的影响较大。但是船舶振动的主要来源还是船舶中的各种机械。在船舶内部的机械、轴系、螺旋桨等部件运转的激励下，船舶的总体或者局部就会引起结构上的振动，这就是船舶振动。（一）船舶振动的振源船舶的结构是非常复杂的，它有许多的局部结构和船用设备，并且现在的船舶加装了许多高精密的电子仪器，对操作环境的要求又很

3、高，所以船舶结构的振动首先对这些精密的船用设备来说，就是极大的威胁。实际上，船舶结构就是一种复杂的组合弹性体，如果按照振动的分布范围来说，船舶振动可以分为总体振动和局部振动；按照船体受力的角度讲，又可以分为自由振动和强迫振动。因为在船体中机械众多，所以船舶是一个多振源系统，这种机械给船体带来的振动动力我们称之为“激励”。它们都是对船体有害的因素。船舶中主要的激励来源有螺旋桨、机械（包括主机、发电机、发动机、水泵、通风机等）和波浪。其中大部分的振动激励来自于螺旋桨。因为在船舶中，螺旋桨桨叶通过转动将水动力传承给桨轴，再由桨轴传给船体产生轴承

4、力，另外螺旋桨也将水表面上的脉动水压力传送给船体，所以轴承力和水面的表面力是螺旋桨的主要激振来源，也就是桨激励的两种形式：轴频激励和叶频激励。影响螺旋桨系统激励的因素主要和桨叶的形状参数，船尾部的设计造型以及航行速度有关。螺旋桨在船的尾部工作时，会让桨叶周围的水受到船体运动的影响而产生桨漩涡涡流，这种追随船体运动的水涡流就叫做伴流，这是由叶频激励产生的。这些水伴流会在船后形成一股具有轴心向的伴流场。所以说如果将轴向伴流速度设定为Ua，进入螺旋桨盘面上的水流速度为Va，航速为Vs，那么航速、进速和轴向伴流速度三者之间的关系就是Va=Vs-U

5、a。船舶是一个复杂的弹性组合体，所以它和局部机械的联系是很多的。例如和柴油机。船舶柴油机在工作时会对船舶的局部产生干扰力，这主要是由柴油机运动部件的惯性形成的一种不平衡的力矩，即气体爆炸压力产生的侧向压力和倾覆力矩。因为柴油机的机座与船体是一个有效的弹性体，所以柴油机在运行时就会给船体带来扭转振动，这也是一种由船舶内部的动力系统带来的船舶振动现象。在船舶振动的问题研究上，从上个世纪初就认为船舶的主要振动来源于螺旋桨的旋转。70年代末，船舶业有了更进一步的发展，低转速高效率的螺旋桨被广泛应用。这种新型的螺旋桨不但转速高、动力大，而且激振力小

6、。另外，船舶柴油机的使用也改善了发动机的燃油量，降低了发动机的工作负荷从从而减小了其由动力过大带来的振动，所以相应的发动机的激振力就有所增大。引起船舶振动的最初因素还是来自于自然，那就是波浪。波浪对于船体的瞬间冲击力会造成船体结构的振动。由于海上气候变幻莫测，当船舶运行在恶劣天气的海面上时，不但会造成船体本身的振动，严重时也会直接导致船体损坏这样的重大事故。波浪对船体的冲击也是船舶振动的最原始影响因素。如果船舶的上建结构不够稳定和坚固，那么当波浪来袭，它所带来的瞬态振动就会让船体产生剧烈的振动，这种流体冲击载荷作用下瞬态响应的剧烈程度和航

7、速以及船舶上建结构的设计有关。（二）船舶振动的危害船舶振动是影响船舶寿命的直接因素。在剧烈的振动下，船体结构会处于疲劳状态。在连续振动发生后还会产生船体的断裂，尤其是船舶的上建结构更易受损。而在船上的船用设备仪器会由于振动的影响不能正常工作，直接给船舶的航行带来危险。过大的振动更会影响船上人员的工作效率和日常生活。有研究表明，强烈的振动可以引起人机体的不适，主要表现在人的手眼配合有误、注意力不集中、空间定位感变差等，严重时会导致人的交感神经处于紧张、血压上升、脉搏增快、心搏出血量减少、心肌局部缺血、心电图发生改变、心室震颤、胃部蠕动异常、

8、腹部压力增高等等后果，直接影响海上船员的工作效率和生命安全。另外，船舶振动中船内机械振动所带来的噪音，也会影响人的健康。二、上建结构船舶的结构复杂，主要包括船壳、船体骨架、甲板、船舱和上建结构