船体振动学 第3章资料
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。
船体振动学 PPT
Ship Vibration
0.4 振动系统 振动系统三要素：质量，刚度，阻尼。 质量（包括转动惯量）是感受惯性的元件，刚度 是感受弹性的元件，阻尼是耗能元件。
Ship Vibration
0.4 振动系统
振动系统一般可分为连续系统和离散系统。 （1）连续系统（无限多自由度系统，分布参数 系统） 结构参数（质量，刚度，阻尼等）在空间上连续 分布。弹性体是具有无限多自由度的系统，它的 振动规律要用时间和空间坐标的函数来描述，其 振动方程是偏微分方程。 （2）离散系统（多自由度系统） 结构参数为集中参量。所建立的振动方程是常微 分方程。
2梁自由振动和强迫振动的基本理论和计算方法4了解船体总振动和局部振动的力学模型的建立和计算方法5了解船体振动产生的原因6了解船体振动衡准和防振减振措施船体振动学shipvibration4参考教材翁长俭张保玉编
船体振动学
1 课程内容 2 课程目标
3 课程基本要求
4 参考教材
Ship Vibration
Ship Vibration
0.1 基本概念
各个不同领域中的振动现象虽然各有特色，但往 往有着相似的数学力学模型。正是在这种共性的 基础上，有可能建立一种统一的理论来处理各种 振动问题。 振动力学：借助数学、物理、实验和计算技术， 探讨各种振动现象，阐明振动的基本规律，以便 克服振动的消极因素，利用振动的积极因素，为 合理解决各种振动问题提供理论依据。
Ship Vibration
0.5 振动问题的分类
按激励特性来划分： （1）自由振动 没有外部激励，或者外部激励消失后，系统自身 的振动。 （2）强迫振动 系统在作为时间函数的外部激励下发生的振动， 这种外部激励不受系统运动的影响。 （3）自激振动 系统受其自身运动诱发出来的激励的作用而产生 和维持的振动，例如小提琴发出的乐声，飞机机 翼的颤振等。
船体振动基础——
11
第2章 多自由度系统的振动
1. 引言
• 至于取多少个自由度，可根据工程上实际所要求的精度来确 定，广义坐尽可能取在能反映结构特征的那些点上，以便更 好的逼近实际的动挠度曲线。
12
多自由度系统的特点：
船体振动基础
1
第2章 多自由度系统的振动
一、引言 二、两自由度系统的振动
2
上节课内容的回顾
1. 周期激励下系统的响应
P(t+T)=P(t)
****任何周期函数都可以展开为傅里叶级数：
∑ P(t)
=
a0 2
+
∞ n=1
(a
n
cos nωt
+
bn
sin
nωt)
∑ M&x& +
Cx&
+
Kx
=
a0 2
+
与ω1对应的振幅比ν1称为第一阶主振型。 与ω2对应的振幅比ν2称为第二阶主振型。
¾ 固有振型（主振型）
ω2 1, 2
=
a
+d 2
m
⎜⎛ a − d ⎟⎞2 + bc ⎝2⎠
v1 v2
= =
A(1) 2
A(1) 1
A(2) 2
A(2) 1
= a − ω12
b
=
a
−
ω
2 2
b
=c
d − ω12
=c
d
29
¾ 固有振型（主振型）
对应于
ω12
和
ω
船舶原理PPT讲义-兴波阻力
2
A C iS 波幅函数
pk K0 sec2 xcos ysin 相位函数
2
C
cos
K0 p sec2
S sin
K0 p sec2
d
2
Slide 9
二、船行波的形成
① 水表面受到扰动 ② 流体能够自由上升或下降（故称自由表面） ③ 在重力和表面张力的作用下，力图使流体恢复到平衡
Slide 14
①随船移动的波系比较明显的是首尾两个
首波系 尾波系
第一峰在船艏柱略后 从波谷开始，首波谷在艉柱
•在扇形区内波浪明显，离开扇形区水波很快趋于平坦。
Slide 15
兴波阻力与波能关系
波长内波能
1 g
2
A 2 0 cos2
一半动能，一半势能
波能传播速度 1 C 1 cos
22
0
余弦波 Acos(kx t)
A 波幅 k 波数
波频率
Slide 3
H=2A
2
k
T 2
波高 波长 波浪周期
由定义可得，波速 由波浪理论，波速 由此可得
C
T
C g
g
2
gT
2
T
T
C g 2
T 2 2 g
可见，波长越大，周期越大，传播速度也越 快；反之，波速越大，周期越大，波长也越大。
Slide 12
三. 船行波图形与组成
1.压力点的兴波图形 Kelvin给出了一个压力点在水面上以匀速ν作直线
运动时的兴波图波，称Kelvin波。 兴波图形可分成两个波系，即横波系和散波系。
Slide 13
2.船行波的组成和特征 船在航行时，船体周围的压力变化相当于有很多
船体振动学课程教学大纲
船体振动学课程教学大纲课程代码：74120280课程中文名称：船体振动学课程英文名称：Ship hull vibration学分：3.0 周学时：3.0-0.0面向对象：预修要求：理论力学、材料力学、线性代数、数学物理方程、积分变换、电工学一、课程介绍（一）中文简介船体振动学是船舶与海洋工程技术专业的专业必修课。
课程内容由两部分组成。
第一部分是振动学基本理论（含单自由度振动系统、多自由度振动系统、连续体振动系统）。
第二部分是船体振动理论（含船体总振动、船体局部振动、船舶主要振源、船舶振动测试与评价）。
第一部分是核心，内容相对丰富。
数学上主要涉及二阶常系数微分方程与弦振动方程、傅里叶变换、频率响应函数等。
第二部分是基本内容，主要目的是培养学生理解从一般振动系统到船体振动的概念和现状，以及理论与实践的关系、科学计算与实验的关系。
最后，附加部分含非平稳外载荷谱估计、数据处理、分数阶振动等。
希望能激发学生对船体振动领域的兴趣。
（二）英文简介Ship hull vibration is a specialized and obligatory course for undergraduates majored in ship and ocean engineering. The course consists of two parts. The first part plays a key role in the course with contents relatively rich, including systems with single degree of freedom, multi-degree freedom systems, and vibrations of continuum systems. It relates to, in mathematics, differential equations of second order with constant coefficients, beams as a main object from a view of mechanics, and frequency transfer functions in dynamical analysis. The second part is for understanding the profile of ship vibrations globally and locally, with the focuseson the relationships between theory and practice, between scientific computations and testing, between science research and references or standards with respect to wave-induced ship hull vibrations. The additional part, finally, is for practical knowledge in ship vibrations, such as spectrum estimation of nonstationary loading, data processing in vibrations, fractional vibrations and so forth.二、教学目标（一）学习目标本课程涉及学科较多（材料力学、理论力学、船舶结构力学、高等数学、工程数学、数据处理、信号处理等）。
船舶振动设计实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解船舶振动的基本原理和影响因素。
2. 掌握船舶振动测试方法及数据处理技术。
3. 分析船舶振动特性，优化船舶结构设计。
二、实验原理船舶振动是指船舶在航行过程中，由于各种因素（如波浪、风力、发动机等）引起的船体、船舱等结构的振动现象。
船舶振动不仅影响船舶的舒适性和安全性，还可能对船体结构造成损害。
本实验旨在通过振动测试和分析，了解船舶振动特性，为船舶结构设计提供依据。
三、实验仪器与设备1. 振动测试仪：用于测量船体、船舱等结构的振动加速度、速度和位移。
2. 激励器：用于模拟船舶在航行过程中受到的波浪、风力等激励。
3. 数据采集系统：用于采集振动测试仪的信号，并进行实时处理和分析。
4. 船舶模型：用于模拟实际船舶的振动特性。
四、实验步骤1. 搭建实验平台：将船舶模型固定在实验台上，连接振动测试仪、激励器和数据采集系统。
2. 设置实验参数：根据实验要求，设置激励器的频率、幅值等参数，以及振动测试仪的采样频率、采样点数等参数。
3. 进行振动测试：启动激励器，模拟船舶在航行过程中受到的激励，同时采集振动测试仪的信号。
4. 数据处理与分析：将采集到的信号传输到数据采集系统，进行滤波、频谱分析等处理，得到船舶振动特性参数。
5. 优化船舶结构设计：根据振动特性参数，分析船舶结构设计中的不足，提出改进措施。
五、实验结果与分析1. 振动加速度测试结果：通过振动测试仪采集到的振动加速度信号，可以看出船舶在航行过程中，船体、船舱等结构的振动加速度较大，尤其在波浪激励下，振动加速度更为明显。
2. 振动速度测试结果：振动速度测试结果表明，船舶在航行过程中，船体、船舱等结构的振动速度也较大，且随频率的增加而增大。
3. 振动位移测试结果：振动位移测试结果表明，船舶在航行过程中，船体、船舱等结构的振动位移较大，尤其在波浪激励下，振动位移更为明显。
六、结论1. 本实验验证了船舶振动测试方法的有效性，为船舶结构设计提供了依据。
船体振动 绪论
Hull VibratIon
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0.1 振动问题的分类
绪论
3、按产生的原因（激励特性划）分： 按产生的原因（激励特性划） 自由振动－没有外部激励，或者外部激励除去后， 自由振动－没有外部激励，或者外部激励除去后， 系统自身的振动。 系统自身的振动。 受迫振动－ 受迫振动－系统在作为时间函数的外部激励下发 生的振动，这种外部激励不受系统运动的影响。 生的振动，这种外部激励不受系统运动的影响。 自激振动－ 自激振动－系统由系统本身运动所诱发和控制的 激励下发生的振动。 激励下发生的振动。 参激振动－ 参激振动－激励源为系统本身含随时间变化的参 这种激励所引起的振动。 数，这种激励所引起的振动。
简谐振动的表示
图描述了用正弦函数表示的简谐振动， 图描述了用正弦函数表示的简谐振动，它可看成是该图中左 边半径为A的圆上一点作等角速度 的运动时在x轴上的投影 轴上的投影。 边半径为 的圆上一点作等角速度ω 的运动时在 轴上的投影。 如果视x为位移， 如果视 为位移， 则简谐振动的速度和加速度就是位移表达 为位移 式关于时间t的一阶和二阶导数， 式关于时间 的一阶和二阶导数，即 的一阶和二阶导数
1 令 ω = (ω 1 + ω 2 ) 2
ω 2 − ω1
2
)t sin(
ω 2 + ω1
2
)t
δω = ω 2 − ω 1
δω
t sin ωt
2 式中的正弦函数完成了几个循环后，余弦函数才能完成一个
循环。这是一个频率为 ω 的变幅振动，振幅在2A与零之间缓 慢地周期性变化。 它的包络线
x = 2 A cos
Hull VibratIon
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0.1 振动问题的分类
船体振动复习
船舶振动复习一、名词解释1.共振：振幅不断增大而趋于无穷的现象2.拍振：振幅变化后的频率是一个小值，因而振幅变化的周期是一个大值，这种振动称为拍振。
3.动力放大系数：振幅与在激振力静态作用下产生的位移的比值。
4.相对阻尼系数：系统实际阻尼系数与临界阻尼系数的比值ζ=C/Cc5.强迫振动：系统由于外界持续激振力所引起的振动。
6.主坐标：描述固有震动的独立变量7.固有振型：表示系统在意Wi的频率做自由振动时，各物块振幅的相对大小[称之第i阶段主振型或主模态]8.正则振型：固有振型Pr乘上一个常数C(r)之后，令ϕr t Pr，满足ϕr t Mϕr=1，此时固有振型Pr 就称为正则振型9.梁的横向振动：细长杆作垂直于轴线方向的振动。
10.节点：在梁的各谐调固有振型上，总是存在着若干在主振动时静止不动的点。
11.状态矢量：各个部件连接点处状态参数所构成的列阵12.船体总振动：指将船体视为一个整体的船体总体振动13.附连水质量：相当于有一部分舷外水与船体一起振动，这部分舷外水的质量称为附连水质量。
14.螺旋桨脉动压力：螺旋桨转动时经水传至船体表面的脉动水压力螺旋桨表面力：螺旋桨脉动压力沿船体表面的积分值。
螺旋桨轴承力：由于伴流在周围分布的不确定性，使作用在桨叶上的流体力发生变化而引起的激振力。
因为它通过桨轴和轴承作用于船体，故称轴承力。
15.叶频：叶片每转过一个大小等于两叶片夹角的转角时，螺旋桨便重复一次受力情况。
所以表面力和轴承力的频率等于叶数与桨轴转速的乘积，即叶频。
16.反共振：使减振器的固有频率与主系统的工作频率（激振力的频率）相等，则主系统的振动将被消除。
17.二、简答题1.简述迁移矩阵法的基本原则答：基本原则是将复杂的弹性系统分解为一些具有简单的弹性与动力性质的部件，再将这些部件的结合点处作为考察点，根据不同问题的要求，列出结合点处后状态矢量，并利用振动时弹性系统各部件之间的传递关系，列出迁移矩阵，利用弹性系统的边界条件，最终求得系统振动时的数值解。
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第3章 梁的横向振动
3.2 梁的横向自由振动
Ship Vibration
3.2 梁的横向自由振动
梁的横向振动的运动微分方程
梁的横向振动的运动微分方程 如图所示，考虑梁在 xz 平面内的振动。假定发生 振动变形前垂直于梁轴线的横截面是平面，在发 生振动变形后该横截面仍然是平面且仍然垂直于 变形后的梁轴线，即忽略了横截面的剪切变形和 转动惯量的影响，这种梁模型也称为欧拉-伯努利 z 梁。
是按固有振型离散化。
Ship Vibration
3.1 连续系统 梁是弹性体中最常见的，也是，存在着四种形 式的振动，即垂直平面内的振动、水平面内的振 动、纵向振动和扭转振动。本章仅介绍梁在垂直 平面内的横向振动。假定梁的材料均质、各向同 性，以及服从虎克定律（表示振动时梁内的应力 不超过材料的比例极限，使得梁的应力与应变关 系是线性的）。其次假定振动是微小的，使得应 变与位移的几何关系也是线性的。最后假定梁在 平衡状态下的轴线是一直线，发生振动变形前垂 直于梁轴线的横截面，在发生振动变形后仍然保 持为平面。
M Q
M
M dx x
Q Q dx x 2w Adx 2 t
Ship Vibration
dx
3.2 梁的横向自由振动
梁的横向振动的运动微分方程
f ( x, t )dx
M Q
M
M dx x
Q
Adx
2w t 2
Q dx x
dx
由牛顿第二定律写出微段沿 z 轴的力平衡方程
w Q Adx 2 Q Q dx f ( x, t )dx t x
2
化简为
2w Q A 2 f ( x, t ) t x
Ship Vibration
3.2 梁的横向自由振动
梁的横向振动的运动微分方程
f ( x, t )dx
w2
wn
z
wi wi 1
对于图示的简支梁，在第2章中提到的处理方法
n 个集中 是将梁离散化，即将梁近似的看作是由
质量组成的无质量的梁。当梁作横向弯曲振动时， 用有限个离散点处的横向位移
w1 (t ), w2 (t ),, wn (t ) 来代替真实的、连续的动挠
度曲线。显然，采用这种方法得到的解只是梁的
f ( x, t )
o x
Ship Vibration
x
dx
l
3.2 梁的横向自由振动
梁的横向振动的运动微分方程
梁的横向位移是 w( x, t ) ，长度是 l ，横截面面积 是 A ，横截面对中性轴的惯性矩是 I ；梁的密度 是 ，材料的弹性模量是 E ；单位长度梁上作用
的分布外力是 f ( x, t ) 。在梁上 x 处取长为 dx 的 微段，微段 dx 的受力图如图所示。 f ( x, t )dx
船体振动学
第3章 梁的横向振动
Ship Vibration
第3章 梁的横向振动 3.1 连续系统 3.2 梁的横向自由振动 3.3 梁的横向强迫振动 3.4 转动惯量和剪切变形以及轴向力对梁的 横向自由振动的影响
3.5 梁的横向自由振动的近似解法
Ship Vibration
第3章 梁的横向振动
3.1 连续系统
M Q
M
M dx x
Q
Adx
2w t 2
Q dx x
dx
再写出微段绕 y 轴的力矩平衡方程 ，得
M f ( x, t ) 2 Q A 2 w 2 M x dx 2 dx M Q x dx dx 2 t 2 dx 0
Ship Vibration
3.1 连续系统 各种工程结构和构件，例如杆、梁、板、壳等都
是具有分布质量的弹性体。要确定弹性体上各点
的位置需要无限多个广义坐标，因此弹性体是具
有无限多自由度的系统，也称为连续系统。
x
w1
w2
wn
z
wi wi 1
Ship Vibration
3.1 连续系统
x
w1
略去 dx 的二次项后，得
M Q x
Ship Vibration
3.2 梁的横向自由振动
梁的横向振动的运动微分方程
M 2w Q 将Q 代入 A 2 f ( x, t ) ，得 x t x
2M 2w A 2 f ( x, t ) 2 x t 2 w 由材料力学知 M EI 2 ，并代入上式，得 x 2 2 2 w w EI 2 A 2 f ( x, t ) 2 x x t
上式就是欧拉-伯努利梁横向振动的运动微分方程 。 对于等截面梁，则 EI 是常数，上式又可写成
Ship Vibration
4w 2w EI 4 A 2 f ( x, t ) x t
3.2 梁的横向自由振动
固有频率和振型
4w 2w EI 4 A 2 f ( x, t ) x t 固有频率和振型 在上式中令 f ( x, t ) 0 得到梁横向自由振动的运 动微分方程 4w 2w
Ship Vibration
3.1 连续系统 弹性体的振动需要用偏微分方程来描述 ，不同弹
性体的振动方程是不同的。只有对一些简单的、
规则的弹性体才能得到振动方程的精确解，如均
匀直杆的纵向振动、均匀圆轴的扭转振动以及均
匀直梁的横向振动等等。对于大多数的实际弹性 体的振动，仍然要采用各种近似的离散化方法， 将连续系统转化为离散系统来处理。但本章讨论 的离散化不同于上一章的将分析模型离散化，而
真实解的一种近似。随着离散点的数目不断增加，
所得到的解将逐渐收敛于梁的真实解。
Ship Vibration
3.1 连续系统
连续系统具有连续分布的质量和弹性，它的振动 规律要用时间和空间坐标的连续函数来描述，其 运动微分方程是偏微分方程。在数学上，离散系 统和连续系统代表两种不同类型的系统。但在本 课程里，离散系统和连续系统只不过是描述同一 物理系统的两个数学模型而已。尽管离散系统的 振动用常微分方程来描述，连续系统的振动用偏 微分方程来描述，但是在物理本质上以及振动的 基本概念、分析方法上连续系统的振动与离散系 统的振动是相似的。