船体结构波激振动及其疲劳损伤
0.0 0 10 20 30 40 ωesqrt(L/g) 50 60
0.00 0 2 4 6 ωesqrt(L/g) 8 10
图 6 大型 LNG 船舯剖面垂向弯矩传递函数在两种刚度下的比较
不同波浪周期时两种刚度下理论计算的垂向 弯矩时间历程曲线见图 7。由图可见，小刚度下 理论计算的垂向弯矩时间历程曲线呈现出了波激 振动现象，波浪周期较小（Tz=5.748s）时尤其明 显，而原始刚度的曲线即使在 Tz=5.748s 时也只
船体结构波激振动及其疲劳损伤
汪雪良，顾学康，胡嘉骏，沈进威
（中国船舶科学研究中心，无锡，214082）
摘要：与瞬时波浪冲击载荷作用下的船体颤振不同，波激振动是一种在波浪持续激励下的船体谐振现象。即使 在中低海况下，由于船体振动频率和遭遇波浪频率的耦合作用，大型船舶也可能遭受严重的波激振动，使得船 体结构中产生高频、持续和具有一定幅值的振动应力，从而可能引起结构发生严重的疲劳损伤。中船重工第七 ○二研究所在大型船舶波激振动及其疲劳损伤领域开展了系统深入的研究，包括 30 万吨级超大型油轮、50 万 吨级超大型矿砂船和 15.68 万方的大型 LNG 船理论与模型试验研究。采用三维水弹性理论对波激振动进行了理 论预报，采用模型试验方法对波激振动现象进行了深入的分析，研究了船舶线型、结构阻尼、结构刚度、装载 状态等因素对波激振动的影响，并对大型船舶由波激振动引起的结构疲劳损伤进行了分析评估。结合波激振动 对结构疲劳损伤的影响分析，提出了船体结构疲劳载荷设计计算修正公式。 关键词：波激振动；模型试验；水弹性理论；结构疲劳损伤
20 0 -20 -40 40 41 42 t/ s 43 44 45
Mv5/ N.m
50 0
-50 -100 150
151
152
t/ s
153
154
155
12
30
2.58Hz
9
Mv5 /Nm
6 3 0 0 2 4 f/ Hz 6 8 10
Mv5 /Nm
20
10
1.29Hz
0 0 2 4 f/ Hz 6 8 10
M4/(aρgL2B)
0.02
0.01
4 (106) WM CM
0
10
20 ωesqrt(L/g)
30
40
M4(kN.m)
0.00
3 2 1
图 8 50 万吨级超大型矿砂船两种装载状态下中剖面垂向
0
弯矩传递函数预报值的比较
4.5
6.5
8.5
10.5 12.5 Tz(s)
14.5
16.5
18.5
4.3 结构阻尼的影响 作为一种谐振现象，波激振动响应与船体结 构阻尼和水动力阻尼紧密关联。图 9 给出了 50 万吨级超大型矿砂船在不同结构阻尼下舯剖面垂 向弯矩的三维线性水弹性计算结果。由图中可以 看出，在三维线性水弹性计算中，结构阻尼的选 择对计算的结果影响是显著的，但从图上可以看 出，结构阻尼
图 3 龙骨梁分段模型示意图
图 4 大型 LNG 船原始刚度模型（左）和小刚度模型（右）规则波中试验照片
4 结构刚度、 装载状态和结构阻尼对 波激振动的影响
4.1 结构刚度的影响 结构刚度的减小使得船体变软，从而更易导 致波激振动的发生。图 5 为原始刚度模型和小刚
度模型垂向弯矩的时间历程曲线子样及频谱分析 图，可见刚度的减小极大地促进了波激振动现象 的产生。图 6 为大型 LNG 船舯剖面垂向弯矩传递 函数在两种刚度下的比较，右图中两种刚度下的 第二个和第三个次峰值依次对应于遭遇波浪频率 的约 2 倍和 3 倍的关系，这两个频率是高频时波 频响应特性的反映，所对应的载荷响应的差异体
60 40
现了刚度变化对载荷响应的影响，即刚度的减小 使得高频时波频对应的载荷响应增大，对应两个 频率下由刚度的变化导致的垂向弯矩响应分别增 大了约 60%和 220%。左图显示两种刚度下更高的 波浪遭遇频率所对应的垂向弯矩响应幅值有着巨 大的差异。
WM CM
150 100
WM CM
Mv5/ N.m
OS(Tz=12.374s)
SS(Tz=12.374s)
M4/(argL B)
2
0.08
0.04
10
20 t (s) 30
40
50
图 7 不同波浪周期时两种刚度下理论计算的垂向弯矩时 间历程曲线
0.00 0 10 20 ωesqrt(L/g) 30 40
4.2 装载状态的影响 一般而言， 大型船舶压载状态下的波激振动 现象较满载时严重，这是由于波动压力随吃水呈 指数形式减小所致。 图 8 为两种装载状态下中剖面垂向弯矩传递 函数预报值的比较，通过比较可见，两种装载状 态下，三维水弹性理论对低频响应的预报值基本 是一致的，这也反映了该矿砂船装载状态的变化 对低频（长波）波浪激励下的船体载荷响应不敏 感，随着波浪遭遇频率的增大，不同装载状态对 船体载荷响应的影响加大，从满载到正常压载， 排水量减少了约 40%， 平均吃水减少了约 35%， 船 体底部的波浪动压力随着吃水的减小呈指数形式 增大，从而使得正常压载状态较满载状态更易产 生波激振动，这意味着船体底部的水动压力的特 征是波激振动的重要影响因素，这种影响程度的 大小还需要进一步地深入研究。
图 5 原始刚度模型和小刚度模型垂向弯矩的时间历程曲线子样及频谱分析图
0.6
Original stiffness Small stiffness
0.03
Original stiffness Small stiffness
VBM5/(aρgL B)
2
VBM5/(aρgL B)
0.02
0.4
2
0.2
0.01
4 3 2 1 0 5 8 10 10 12
Tz(s)
14
16
15 18
图 11 50 万吨级超大型矿砂船舯剖面甲板纵骨疲劳损伤校核点
图 12 一小时内由 CM 和 WM 作用下的甲板纵骨疲劳损伤之比
图 1 大型 LNG 船干结构在真空中二节点、三节点和四节 点垂向弯曲振型
图 2 大型 LNG 船三维水弹性计算的湿结构网格模型
是当今船舶力学发展非常重要的一个环节。波激 振动模型试验是针对超大型船舶开展的一种波浪 载荷试验，通过流体性能和结构动力的相似与模 拟，使得船模在水池的规则波与不规则波浪中运 动时能客观地呈现其各种响应特征。图 3 为龙骨 梁分段模型示意图，图 4 为大型 LNG 船原始刚度 模型（左）和小刚度模型（右）规则波中试验照 片。
M (kN.m) M (kN.m)
OS(Tz=5.748s)
SS(Tz=5.748s)
船满载状态的二节点垂向弯曲响应的预报结果差 别不大。
0.12 µφ=0.05 µφ=0.06 µφ=0.07 µφ=0.08 µφ=0.09 µφ=0.10
OS(Tz=9.214s)
பைடு நூலகம்
SS(Tz=9.214s)
M (kN.m)
2 波激振动的理论预报与模型试验 研究
2.1 理论预报 在当今国际船舶业界，船体结构波激振动的 研究是一前沿性的课题，本文中采用的理论方法 为吴有生院士提出并发展的三维水弹性理论 [11]。他将三维适航性理论与三维结构动力学理 论相结合，提出了广义流固界面条件，发展了一 个适用于分析波浪中任意三维可变形体承受内、 外激励时动响应性能的三维水弹性理论。 在三维水弹性理论的计算中，干结构模型可 采用全船有限元模型， 也可采用 Timoshenko 梁模 型。前者需要详细复杂的船体内部结构资料，数 据准备和建模工作量巨大；后者采用变截面的非 均匀梁模型替代全船有限元模型，大大减轻了数 据准备和建模的工作量，提高的了工作效率，且 梁模型的干结构对作为总振动的波激振动的理论 预报来说精度得到了充分的满足。 图 1 为大型 LNG 船干结构在真空中二节点、三节点和四节点垂向 弯曲振型，图 2 为大型 LNG 船三维水弹性计算的 湿结构网格模型。 2.2 模型试验 模型试验能揭示深层次和系统的船舶力学性 能，并能作为理论预报方法的验证手段，促进理 论方法的进一步完善和发展，因此模型试验研究
呈现了略微的波激振动现象，随着波浪周期的增 大，如 Tz=12.374s（模型 Tz=1.750s）时，原始 刚度的时间历程曲线中已经看不出波激振动现象 了。
(106) 0.8 0.4 0.0 -0.4 6 (10 ) 2.0 1.0 0.0 -1.0 6 (10 ) 2.0 1.0 0.0 -1.0 0
图 10 波浪特征周期对垂向弯矩（波激振动）的影响 （ H s =4.5m）
µφ
取 0.05 左右时，该超大型矿砂
根据船体结构短期疲劳损伤的理论，对 50 万吨级超大型矿砂船舯剖面甲板纵骨进行了短期 疲劳损伤的分析，图 11 为 50 万吨级超大型矿砂 船舯剖面甲板纵骨疲劳损伤校核点。 从图 12 中可 以看出，波浪特征周期较短时，CM 作用下的疲劳 累积损伤比 WM 作用下的严重得多。
1 引言
进入 21 世纪以来， 民用船舶的大型化发展趋 势愈发明显，以往在中小型船舶中不受关注的波 激振动现象越来越受到船舶结构设计人员的重 [1] 视。船舶尺度逐步增大（Payer et al.(2006) ） 意味着船体弹性的增大和二节点垂向振动频率的 降低，从而颤振和波激振动的水弹性效应的重要 [2] 性 也 增 大 （ Storhaug et al.(2007) ;Wu et [3] [4] al.(2007) ; Lijima et al.(2008) ; Pedersen [5] [6] and Jensen (2009) ; Tuitman(2010) ）。大 型船舶在海上航行时船体梁的波激振动响应使得 船体结构遭受到持续的疲劳载荷的作用，导致船 舶在运营后产生严重的疲劳破坏，从而使船东付 出昂贵的维修费用。 近年来，中船重工第七○二研究所在船舶波 激振动及其疲劳损伤领域开展了深入系统的模型 [7] 试验和理论研究。顾学康等（2004） 对一超大 型油船进行了线性与非线性波激振动试验，对油 船波激振动响应特征及其对结构疲劳的贡献进行 了研究。通过试验发现，零航速时，按波浪遭遇 频率变化的低频波浪弯矩能量较大， 占主要成分， 其它为一些倍频成分；有航速时，按船体梁一阶 振动频率变化的高频波浪弯矩占主要成分，比波 浪遭遇频率的能量大得多。通过分析，作者认为 船体梁一阶总振动频率与波浪遭遇频率之间的倍 数关系（n）使船体梁产生共振，即非线性波激振 [8] 动。Wang et al.（2010） 采用模型试验方法对 一艘 50 万吨级的超大型矿砂船的波激振动响应 进行了研究。研究表明船舶的装载状态对波激振 动的产生有显著的影响，且压载状态较满载状态 [9] 时的波激振动响应大。汪雪良等(2010) 研究了 环境与航行参数对该超大型矿砂船波激振动预报 的影响， 并与模型试验结果进行了比较。 Hu et al. [10] （2012） 用三维线性与非线性水弹性理论与相 应的数值方法研究了该船在波浪中的高频载荷响 应，给出了线性和二阶非线性水弹性响应的理论 预报及与拖曳水池模型试验结果的比较。同时分 析了航速对波浪载荷和结构响应的影响。结果表 明，波浪周期较短时即使波高较小，该船亦易于 产生波激振动。波高较大时，船体往往同时产生 波激振动和砰击引起的振颤。 本文从模型试验和理论研究两个方面对中船 重工第七○二研究所近年来的在船体结构波激振 动及其疲劳损伤领域的研究工作及进展做一简要 的归纳和总结，希望为我国在大型船舶设计研究 领域的发展作出贡献。
船体振动知识点
船体振动知识点船体振动是指船舶在航行过程中因受到外力作用而产生的振动现象。
船体振动不仅会影响船舶的航行性能和安全性，还会对船员的工作环境产生一定的影响。
因此，了解船体振动的知识点对于船舶设计、航行和维护非常重要。
本文将介绍船体振动的几个主要知识点。
1.振动类型船体振动可以分为几种类型，包括纵向振动、横向振动和垂向振动。
纵向振动是指船舶在航行过程中沿着船体纵轴方向产生的振动；横向振动是指船舶在航行过程中沿着船体横轴方向产生的振动；垂向振动是指船舶在航行过程中沿着船体垂直方向产生的振动。
不同类型的振动会对船舶产生不同的影响。
2.振动原因船体振动的原因主要有以下几个方面。
首先，船舶在航行过程中会受到外界水流的作用，从而产生一定的水动力振动。
其次，船舶的推进装置和船体之间的耦合效应也会引起振动。
此外，船舶载货时的不平衡也会导致船体振动。
了解振动的原因是预防和减少振动的关键。
3.振动影响船体振动对船舶和船员都会产生一定的影响。
首先，振动会影响船舶的航行性能，包括船速和操纵性。
振动还会对船舶的结构安全性产生影响，可能引起船体的疲劳破坏和结构松动。
此外，振动还会对船员的工作环境产生不良影响，可能导致船员的疲劳和不适感。
因此，减少振动对于船舶和船员的安全至关重要。
4.振动控制为了减少船体振动的影响，可以采取一些振动控制措施。
其中一种常见的控制措施是加装振动吸收器。
振动吸收器可以通过吸收和消散振动能量来减少振动的传递。
另外，船体结构的设计和材料的选择也可以影响船体的振动特性。
合理的结构设计和材料选择可以减少船体振动的发生和传递。
5.振动监测与评估为了对船体振动进行监测和评估，可以采用一些现代化的技术手段。
例如，可以使用加速度计和振动传感器进行振动信号的测量和记录。
通过对振动信号的分析，可以评估船体振动的程度和影响范围，从而采取相应的措施进行振动控制和改进。
总结起来，船体振动是船舶在航行过程中产生的振动现象，它对船舶和船员都会产生一定的影响。
船舶结构的振动及预防措施分析
船舶结构的振动及预防措施分析摘要：本文通过对船舶结构振动的原因进行分析，结合船舶行驶的具体过程，进一步提出预防船舶结构振动的措施，提高船舶运行过程中的安全性。
关键词：船舶；振动；预防措施船舶在运行的过程中，会受到各种外在因素的影响，这些外在影响，可能直接作用在船体的外部结构上，也可能通过间接的作用在船体的表层，从而对船舶本身造成影响。
很多外力因素的对船舶的直接表现形式是引起船舶动荡，造成船舶结构的振动。
影响较小的振动可能会影响船内成员的身体不适，造成乘客的烦恼，降低乘客乘船体验感，但不会对船舶本身造成比较大的危害。
如果出现了比较大的振动，可能会使船舶在运行的过程中出现比较大的损伤，影响船舶的整体结构和各类零部件，造成零部件之间的剧烈的摩擦，使某个部位出现故障，影响船舶整体的运营情况，后期工作人员在维修的过程中，也需要投入大量的资金和人力，来对受振动影响的工作设备进行维修。
为了尽量避免这种情况的发生，我们需要对船舶结构的振动进行分析，提出相应的解决措施，减少对船舶结构造成的危害。
一、船舶结构振动产生的原因通过分析，船舶结构的振动主要原因是螺旋桨，主机，辅机以及其他的外在因素。
这些原因构成了船舶结构振动的振动源，让船舶在行使的过程中产生振动。
由于辅机所造成了振动比较小，所以这里对辅机造成的振动不进行主要的说明。
（一）螺旋桨造成的振动螺旋桨对船舶结构造成的振动有具体的不同的实现路径，通过研究调查，发现主要是以下几个方面。
第一，螺旋桨在旋转的过程中传递给船舶结构的力与力矩。
螺旋桨在运动的过程中，不可避免的会产生振动，在振动过程中，螺旋桨产生的力就会通过轴系传递出去，让船舶因螺旋桨而产生振动。
第二，船尾的压力分布不均匀。
由于船体结构尾部全部浸泡在水中，在运动过程中受到水影响的压力不均匀，造成了压力脉动的现象。
第三，螺旋桨与轴系之间产生的水弹性耦合。
（二）主机造成的振动主机在工作的过程中，除了会产生一次激励外，在某些特殊的情况下，还会产生二次激励。
船舶振动及减振措施探讨
船舶振动及减振措施探讨船舶是一个自由漂浮在水中的弹性体，只要螺旋桨或主机工作，总是会引起船体不同程度的振动。
轻微的振动是允许的，也是不可避免的。
但船体振动过大会导致船体结构产生疲劳破坏，影响船上设备和仪器的正常工作，降低使用精度，缩短使用寿命，严重时还会导致船体断裂乃致沉没；同时船体振动还严重影响着船员和旅客的居住舒适性、船员的工作效率和身体健康。
船舶振动不但与其振源有关，而且与船舶总布置、尾部线型和船体结构直接有关。
而激起船体振动的主要振源（也称激励源）是螺旋浆和主机，它们在运转时将激起周期性干扰力，使船体发生稳态强迫振动，若激励幅值过大或引起了共振，就会产生剧烈的振动。
一、船舶振动产生的原因船体振动分总振动和局部振动，总振动较少出现，而局部振动则较为普遍。
船舶振动产生的主要原因有以下几个方面：（一）线型：因为尾部线型对伴流的分布起决定性作用，直接影响螺旋桨来流和去流产生漩涡、伴流等方面的状况，这些都直接与船体振动有关。
（二）船体结构：如船体结构布置、构件取材不合理、刚度不足、结构不连续，这些都会使船体板格固有频率太小，或产生应力集中和惯性矩不能满足要求，特别是若机舱、尾部结构不合理或板材、构件取材太小，刚度不足；另外，甲板开口宽度超过3/4B的内河浅水大开口船，在航行中产生较大扭矩，使轴系偏移，也都会引起船体振动。
（三）螺旋桨的选择及与船体线型匹配。
螺旋桨诱导的表面力和空泡是导致剧烈尾振的原因，而这两者又与螺旋桨的设计如桨叶的倾斜度、盘面比、螺距、厚度分布和叶片数等有关，因而螺旋桨的选择直接影响到船体振动；同时螺旋桨与船体线型是否匹配、间隙是否足够，均与船体振动密切相关，因为若螺旋桨与船体、尾柱、舵托、舵之间的间隙太小，螺旋桨诱导的脉动压力将会剧增，加上伴流不均匀，使螺旋桨的激励力较大，使尾振加剧。
（四）主副机的选择。
因为柴油机运转时作用在船体上的周期性干扰力主要有两种，一是运动部件的惯性力产生的不平衡力和不平衡力矩；二是气缸内气体爆炸压力产生的对气缸侧壁的侧向压力和倾复力矩；若主副机选择不当，会使以上两种周期性干扰力增大，使船体产生强迫振动。
海浪对船体振动与疲劳的影响及预防方法
海浪对船体振动与疲劳的影响及预防方法引言：船舶在海上航行时，常常会受到海浪的影响，海浪所产生的振动会对船体结构造成一定的疲劳，进而影响船舶的操作性能和安全性能。
本文将探讨海浪对船体振动与疲劳的影响原理，并介绍一些预防方法，以提高船舶的可靠性和航行效率。
一、海浪对船体振动的影响原理1. 海浪对船体振动的激励作用海浪作为一种机械波，其振动会传导到船体结构上，产生激励作用。
船体在海浪作用下，会受到来自波浪升降运动和横摇运动的激励力，导致船体发生振动。
2. 船体结构与海浪激励的相互关系船体结构的刚度和阻尼决定了其对海浪激励的响应。
船体刚度越大，振动频率越高；阻尼越大，振动幅度越小。
因此，在设计船体结构时应考虑其刚度和阻尼特性。
3. 船体振动形式与海浪特性的关系不同类型的海浪会对船体产生不同形式的振动，如船体在短周期海浪下容易发生激烈的横摇振动，而在长周期海浪下则容易产生大幅度的纵向振动。
因此，了解海浪特性对船体振动形式的影响，能够有针对性地采取措施降低振动的影响。
二、海浪对船体疲劳的影响原理1. 海浪振动与船体材料的疲劳寿命海浪振动会导致船体结构发生疲劳破坏，即由于长期受到海浪振动的作用，船体结构内部会出现应力集中现象，进而使船体结构的材料产生裂纹，最终导致结构失效。
2. 海浪特性与船体疲劳破坏的关系海浪的频率、振幅和方向等特性与船体疲劳破坏紧密相关。
例如，短周期海浪易产生高频振动，对船体的影响主要集中在连接节点等细小结构上。
而长周期海浪则对船体的纵向结构产生更大影响。
三、海浪对船体振动与疲劳的预防方法1. Optimized By Design方法通过在船体设计阶段考虑到振动与疲劳的问题，采用合理的结构配置、材料选用和加强设计等手段，以提高船体的振动和疲劳性能。
2. 船体振动控制装置船体振动控制装置是一种主动控制系统，可通过反馈与控制，在船体结构上施加力或通过其他方式降低振动影响。
该装置可根据不同的振动状况和海况进行精确的调节，有效地减小船体振动带来的疲劳损伤。
船舶波激振动研究进展
ｔ ａ ｋ ｅ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｌ ｉ ｆ ｅ ｏ ｆ ｓ ｈ ｉ ｐ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｌ ｌ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｓ ｐ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｓ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｓ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｉ ｃ ｌｌ ａ ｙ ．Ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｓ ｐ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｓ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｓ ｐ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ； ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ； ｆ ｕ ｌ ｌ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
Ｗ ＡＮ Ｇ Ｘｕ ｅ — — ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ， Ｇ ＵＸ ｕ ｅ — — ｋ ａ ｎ ｇ ， ＨＵＪ ｉ ａ － ｊ ｕ ｒ ｔ
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｓ ｈ ｉ ｐ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ， Ｗｕ ｘ ｉ ２ １ ４ ０ ８ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
中图分类号： Ｕ ６ ６ １ ． ４ ４
船体振动
1简述什么是共振现象,什么是拍振现象。
当激振力的频率与系统的固有频率相等时，振幅不断增大而趋于无穷的现象称为共振。
当激振力的频率与系统的固有频率相当接近，但并不相等，又会发生另一种现象，即系统的振幅时而增大，时而减小，该现象称为拍振现象。
2简述什么是固有振型。
在某一特定的初始条件下，系统的质量在振动时同时达到最大位移和同时通过平衡位置，或者系统的所有移动部分作同相位同频率振动时，各质量的位移存在着特定的比例关系，它表示了振动的状态，这种状态称为系统振动的固有振形。
3简述什么是主坐标，什么是主振动。
在系统的每一个固有振动中只有一个独立变量，因而表示一个固有振动只需要一个独立坐标，描述固有振动的独立变量称为主坐标。
在某一特定的初始条件下，系统的质量在振动时同时达到最大位移和同时通过平衡位置，或者系统的所有移动部分作同相位同频率振动，这种振动即为主振动。
（1）写出横梁振动的质量正交条件，及并解释其物理意义。
物理意义：由于横梁振动的所有主振动是彼此独立的，因此一个主振动的惯性力对其他主振动的挠度不做功。
（2）简述弹性体势能形式的正交条件，并解释其物理意义。
物理意义：由于横梁振动的所有主振动是彼此独立的，因此一个主振动的弹性力对其他主振动的弹性变位上不做功。
(3)简述什么是动力放大系数，并分别给出单自由度系统有，无阻尼时动力放大系数公式。
动力放大系数α是指动力所产生的最大动位移和将此动力的最大值视为静力时所产生的静位移的比值。
无阻尼时，有阻尼时。
(4)船体垂向振动附连水的计算公式为: ;-水平振动附连水的计算公式为: 。
4通常将船体振动分为总振动和局部振动。
5降低船体振动的主要原则是：低频振动时要避免共振，高频时要减小激振力。
6附连水对船体振动影响主要分为重力，阻尼，惯性。
7船体总振动的计算方法主要包括能量法，迁移矩阵法，有限元法。
较简便的方法是迁移矩阵法，较精确的方法是有限元法。
8对于船舶总体或局部结构的强迫振动，其大小除和激振力大小有关外，还和结构本身的刚度（弯曲和剪切刚度），质量和阻尼有关。
船舶结构振动分析及减振措施考核试卷
C.优化结构的布局
D.增加载重
3.船舶结构振动的常见原因有哪些？（）
A.螺旋桨的不平衡
B.发动机的振动
C.海浪的作用
D.船体结构的疲劳
4.以下哪些软件可以用于船舶结构振动的分析？（）
A. NASTRAN
B. ABAQUS
C. SOLIDWORKS
D.以上都可以
5.船舶结构振动的固有频率受哪些因素影响？（）
A.螺旋桨
B.发动机
C.船舶货物
D.船舶灯具
19.在船舶结构减振设计中，以下哪个原则是正确的？（）
A.增加结构质量以减小振动
B.降低结构刚度以减小振动
C.合理布局以降低应力集中
D.减少结构阻尼以减小振动
20.以下哪种方法常用于船舶结构振动的监测？（）
A.振动传感器
B.红外线检测
C.超声波检测
D.漏磁检测
B.对振动问题进行及时维修
C.在设计阶段考虑减振措施
D.避免在高风险区域航行
20.以下哪些因素会影响船舶结构振动的控制效果？（）
A.减振材料的性能
B.减振装置的安装位置
C.振动的频率范围
D.船舶的运行状态
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.船舶结构振动按其传播方式可以分为表面振动和______振动。
A.提高船舶的舒适性
B.延长船舶的使用寿命
C.降低维护成本
D.提高船舶的航速
9.以下哪些材料可以作为船舶结构减振材料使用？（）
A.高弹性模量的合金钢
B.低密度泡沫材料
C.高阻尼橡胶
D.碳纤维复合材料
10.船舶结构振动可能导致以下哪些问题？（）
船舶结构力学课后题答案
船舶结构力学课后题答案船舶结构力学课后题答案1.什么是船舶结构力学？船舶结构力学是研究船舶结构受到的力学作用及其力学性能的学科。
它主要涉及到船舶结构的强度、刚度、稳定性、疲劳、振动、冲击等方面的问题。
船舶结构力学的研究对于船舶的设计、建造、维修和运营具有重要意义。
2.船舶结构的强度是指什么？船舶结构的强度是指船舶结构在外界力作用下所能承受的最大应力或变形程度。
船舶结构的强度对于船舶的安全性和使用寿命具有重要影响，因此在设计和建造船舶时需要进行强度计算和强度验证。
3.船舶结构的刚度是指什么？船舶结构的刚度是指船舶结构对外界力作用的抵抗能力。
刚度主要包括纵向刚度、横向刚度和扭转刚度。
船舶结构的刚度对于船舶的航行性能和稳定性具有重要影响，因此在设计和建造船舶时需要进行刚度计算和刚度验证。
4.船舶结构的稳定性是指什么？船舶结构的稳定性是指船舶在受到外界力作用时保持平衡的能力。
船舶结构的稳定性对于船舶的航行安全和运载能力具有重要影响，因此在设计和建造船舶时需要进行稳定性计算和稳定性验证。
5.船舶结构的疲劳是指什么？船舶结构的疲劳是指船舶结构在循环荷载作用下产生的疲劳损伤和疲劳破坏。
船舶结构的疲劳对于船舶的使用寿命和安全性具有重要影响，因此在设计和建造船舶时需要进行疲劳计算和疲劳验证。
6.船舶结构的振动是指什么？船舶结构的振动是指船舶结构在受到外界激励作用下产生的振动现象。
船舶结构的振动对于船舶的航行舒适性和结构安全具有重要影响，因此在设计和建造船舶时需要进行振动计算和振动验证。
7.船舶结构的冲击是指什么？船舶结构的冲击是指船舶结构在受到外界冲击力作用下产生的应力和变形。
船舶结构的冲击对于船舶的抗冲击能力和结构安全具有重要影响，因此在设计和建造船舶时需要进行冲击计算和冲击验证。
8.船舶结构力学的研究对船舶设计和建造有什么意义？船舶结构力学的研究对船舶设计和建造具有以下几方面的意义：•提高船舶的强度和刚度，保证船舶的安全性和使用寿命；•提高船舶的稳定性，保证船舶的航行安全和运载能力；•预测和控制船舶结构的疲劳、振动和冲击，保证船舶的航行舒适性和结构安全；•优化船舶结构设计，提高船舶的性能和经济效益。
船舶结构设计中的疲劳强度分析
船舶结构设计中的疲劳强度分析一、引言随着人民生活水平的不断提高，海洋运输成为国际贸易中不可或缺的一部分，船舶结构的安全性和可靠性越来越受到重视。
而疲劳强度分析技术在船舶结构设计中具有重要的作用。
二、疲劳强度分析概述疲劳强度是指物体在交替应力作用下产生损伤的能力，通常用承受交替应力循环以致导致断裂所需的循环次数来表示。
而疲劳强度分析是通过计算某一结构在规定的载荷条件下的循环次数，确定该结构的疲劳寿命和疲劳强度，从而保证船舶结构的安全性和可靠性。
三、疲劳强度分析技术1. 疲劳载荷谱分析疲劳载荷谱分析是指对船舶在实际使用中所受到的载荷进行统计和分析，确定疲劳载荷谱。
通过对载荷谱分析，可以获得船舶在实际使用时所受到的疲劳载荷谱，为疲劳强度分析提供了重要的基础数据。
2. 有限元疲劳强度分析有限元疲劳强度分析是指采用有限元方法对船舶结构模型进行建模和分析，计算其在实际载荷条件下的疲劳强度。
该方法可以模拟船舶结构的实际使用情况，准确地计算疲劳强度，为船舶结构的设计提供科学依据。
3. 应力集中系数法疲劳强度分析应力集中系数法疲劳强度分析是指通过计算结构中应力集中系数，来评估结构在疲劳载荷下的疲劳性能。
该方法简单易行，适用于设计初期的疲劳强度评估。
4. 频域方法疲劳强度分析频域方法疲劳强度分析是指通过对结构的振动信号进行频域分析，计算出其疲劳强度。
该方法能够准确地计算某一结构的疲劳寿命和疲劳强度，但需要大量的数据处理，复杂度较高。
四、结构材料的疲劳特性船舶结构材料的疲劳特性是指材料在交替应力作用下的损伤特性。
不同种类的结构材料具有不同的疲劳特性。
一般来说，疲劳寿命越长的材料可以承受更多的循环次数，对于船舶结构的设计来说，需要选择具有较长疲劳寿命的材料，以确保结构的安全性和可靠性。
五、结论疲劳强度分析技术在船舶结构设计中具有重要的作用，可以评估船舶在疲劳载荷下的性能，为船舶结构的安全性和可靠性提供保障。
在选择结构材料时，需要考虑其疲劳特性，选择具有较长疲劳寿命的材料。
大型油船和散货船波激振动及其对结构疲劳寿命的影响
大型油船和散货船波激振动及其对结构疲劳寿命的影响杨鹏;顾学康;丁军;张凡;胡嘉骏【摘要】Based on the springing model tests of one large oil tanker and bulk carrier, the phenomenon of springing is investigated; the influence of springing to structural fatigue is calculated by stress data for short-term sea state measured from model tests. Moreover, one simplified method is proposed to analyze the springing in short-term sea state and the influence to structural fatigue. And, the influences of springing to structural fatigue in long-term sea state for some typical sea routes are studied. The results show that the oil tanker and bulk carrier have obvious springing under ballast condition, which is different for various routes. The simplified method could assess the fatigue damage due to springing properly, and which has some practical value in engineering.%通过一艘大型油船和一艘大型散货船在水池中的波激振动模型试验，研究了规则波和不规则波中的船体波激振动现象，利用试验获得的短期海况下的高低频应力数据计算分析了波激振动对实船典型结构疲劳损伤的影响。