船体振动学 PPT
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第4章——船舶振动的原因以及总振动
§4‐1 船体总振动的类型
一.似梁振动（纯船梁振动）
将船体作为一种特殊的梁（船体梁）来研究振动，当低阶（或低 频）时，其振动类似于梁的弯曲称为纯船梁振动或似梁形态。 按船体所受的激励方式的不同划分为： 1.自由振动（主要研究船体总振动模态（固有频率和振形）） 2.强迫振动（主要研究船体梁在各种不同激励作用下的响应及如何 减少和控制振动量级。
2.柴油机激振力
2.1.4多缸机的往复惯性力矩和离心惯性力矩
以三缸二冲程机为例，由于合力为零，为计算简便，计算合力矩时对任意点O
取矩，设O点与各缸中心线的距离为a，a+l，a+2l，则一阶往复惯性力矩为：
[ ] MQ1 = Q1 a cosα + (a + l) cos(α + 240o ) + (a + 2l) cos(α +120o )
2.柴油机激振力
柴油机激振力可按其频率分为低谐次和高谐次： 运动部件的惯性力形成的不平衡力和力矩——低谐次 气缸内气体爆发压力产生的侧推力和倾覆力矩——高谐次
2.柴油机激振力
2.1往复惯性力和离心惯性力：
根据柴油机动力学原理，活塞—曲柄—连杆机构可简化为如下图所示力学模型。
其质量分为两部分： 1.由活塞和连杆小端组成或由活塞件、活塞
F = Gω 2l ≤ (0.01 ~ 0.02)G
g
1.螺旋桨激振力
目前在螺旋桨加工时，都要进行静力平衡 校正，尽可能消除静力不平衡。 但船舶在运营过程中如在浅水区航行时 螺旋桨易受到冰块或者卵石撞击， 使桨叶打断、卷边等，或在湖区桨叶 易受水草缠附，使螺旋桨的静力平衡 受到破坏，引起船体剧烈的轴频振动。
船舶振动
Ship Vibration
一.似梁振动（纯船梁振动）
将船体作为一种特殊的梁（船体梁）来研究振动，当低阶（或低 频）时，其振动类似于梁的弯曲称为纯船梁振动或似梁形态。 按船体所受的激励方式的不同划分为： 1.自由振动（主要研究船体总振动模态（固有频率和振形）） 2.强迫振动（主要研究船体梁在各种不同激励作用下的响应及如何 减少和控制振动量级。
2.柴油机激振力
2.1.4多缸机的往复惯性力矩和离心惯性力矩
以三缸二冲程机为例，由于合力为零，为计算简便，计算合力矩时对任意点O
取矩，设O点与各缸中心线的距离为a，a+l，a+2l，则一阶往复惯性力矩为：
[ ] MQ1 = Q1 a cosα + (a + l) cos(α + 240o ) + (a + 2l) cos(α +120o )
2.柴油机激振力
柴油机激振力可按其频率分为低谐次和高谐次： 运动部件的惯性力形成的不平衡力和力矩——低谐次 气缸内气体爆发压力产生的侧推力和倾覆力矩——高谐次
2.柴油机激振力
2.1往复惯性力和离心惯性力：
根据柴油机动力学原理，活塞—曲柄—连杆机构可简化为如下图所示力学模型。
其质量分为两部分： 1.由活塞和连杆小端组成或由活塞件、活塞
F = Gω 2l ≤ (0.01 ~ 0.02)G
g
1.螺旋桨激振力
目前在螺旋桨加工时，都要进行静力平衡 校正，尽可能消除静力不平衡。 但船舶在运营过程中如在浅水区航行时 螺旋桨易受到冰块或者卵石撞击， 使桨叶打断、卷边等，或在湖区桨叶 易受水草缠附，使螺旋桨的静力平衡 受到破坏，引起船体剧烈的轴频振动。
船舶振动
Ship Vibration
船舶振动第九章
船舶振动第九章第九章船舶的主要激励船上出现的有害振动主要是由螺旋桨、机器（主机、发电机、发动机、泵、通风机）和波浪激励引起的。
§9-1 螺旋桨的激励一.概述1.有害振动70%是由桨激励引起的。
2.因激励幅值过大或者虽然激励幅值不算太大，但却激起船舶总体或者局部结构共振，都将造成振动响应过大，在船上产生有害振动。
3.桨产生的激励有两种：1）轴频激励（一阶激励或一阶干扰）由桨叶静力、动力不平衡引起的轴频激励，其激励频率等于桨轴转速，它与桨的制造质量有关，与水动力不平衡有关。
2）叶频激励：桨在不均匀流场中运转而诱导出的高阶激励（叶频、倍叶频），其激励频率等于桨叶数的整数倍，即叶频、2倍叶频等，有表面力和轴承力两种。
4.影响桨激励的因素：1）桨的形状参数；2）船尾部线型、附体；3）航速。
5.轴承力和表面力：1）表面力：桨旋转时经水传至船体表面的脉动水压力。
2）轴承力：因伴流不均匀导致桨叶上承受周期性变化的力，该力通过桨轴和轴承作用于船上。
注：一般表面力是主要的，即脉动压力主要。
6.桨脉动压力产生的原因：1）螺旋涡系：桨工作时，叶面与叶背的压力差在叶梢处形成螺旋涡系，使桨附近水中各点的压力周期性变化，压力场内船体结构受周期性脉压作用。
桨载荷（推力和力矩）不同，涡旋强度亦不同。
2）叶厚效应：桨叶有厚度，在流场中运动时，该场中某一点P处的压力将随着桨叶的接近和远离该点而发生周期性变化，由此形成对结构的脉动压力，这种效应称为叶厚效应。
注：（敞水均匀流场，脉动压力仍存在，船后不均匀流场脉压波动加大）3）空泡：空泡体积变化、生与灭，造成脉压幅值变化，它对表面力的影响很大。
二.螺旋桨静力、动力不平衡引起的轴频激励1.静力不平衡：原因：1）桨制造误差（各叶间夹角、叶宽及叶厚不尽相同）；2）桨叶空泡剥蚀。
力学特征：桨整体质心不在回转轴线上，当桨转动时，就有垂直于桨轴的离心惯性力产生，该周期性激励其频率等于桨轴转速。
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——
• 对于这些具有分布质量无限多自由度系统，往往要对质量和 弹性体进行离散化处理，即转化为有限个自由度系统。
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
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 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
第五六七章 船体局部振动、主要振源、振动评价防振与减振
常见的几种有限元模型： 上层建筑的三维有限元模型； 包括整个船体尾段在内的上层建筑三维有限元 模型； 全船三维有限元模型。
2019/12/18
上层建筑局部振动的有限元法
板梁组合模型： 用板单元来描述甲板板和桁材(强横梁 和纵桁)； 用空间梁单元来描述扶强材(纵骨和普 通横梁)。
2019/12/18
5.2 板的振动
对矩形平板来说： 一般只有特定的边界条件（四边自由支持），才 能求得精确解； 其它情况均可采用近似方法（有限元法）求解。
对于实船来说，板的边界条件的确定较困难。 实测表明，绝大部分的船板其测量值介于四边简 支板和四边刚性固定板的计算值之间； 且大多偏向于简支计算值； 因此，在船体振动计算中，常近似地取为四边简 支。
2019/12/18
5.2 板的振动
船体外板一般都承受中面力作用，中面拉力使船板的 固有频率_____，而压力则使船板的固有频率_____。
甲板板或船底板在中拱或中垂的不同状态下的固有频 率会产生相应的变化，进而也会影响到船板的响应。
影响船舶板中面应力的其它因素还有板架弯曲板的初 始挠度以及由焊接而引起的板的初始应力数值等，这 些影响具有一定的随机性。
2019/12/18
5.3 船舶上层建筑的振动
上层建筑总振动固有频率的计算方法： 经验公式； 有限元方法。
2019/12/18
上层建筑纵向振动频率的近似估算
上层建筑纵向振动的第一阶固有频率估算(P168)：
1 f2
1
f
2 a
1
f
2 b
f
f
2 a
1
fa fb
2
K—上层建筑后端的弹性支承刚度(N/m)，取决
2019/12/18
上层建筑局部振动的有限元法
板梁组合模型： 用板单元来描述甲板板和桁材(强横梁 和纵桁)； 用空间梁单元来描述扶强材(纵骨和普 通横梁)。
2019/12/18
5.2 板的振动
对矩形平板来说： 一般只有特定的边界条件（四边自由支持），才 能求得精确解； 其它情况均可采用近似方法（有限元法）求解。
对于实船来说，板的边界条件的确定较困难。 实测表明，绝大部分的船板其测量值介于四边简 支板和四边刚性固定板的计算值之间； 且大多偏向于简支计算值； 因此，在船体振动计算中，常近似地取为四边简 支。
2019/12/18
5.2 板的振动
船体外板一般都承受中面力作用，中面拉力使船板的 固有频率_____，而压力则使船板的固有频率_____。
甲板板或船底板在中拱或中垂的不同状态下的固有频 率会产生相应的变化，进而也会影响到船板的响应。
影响船舶板中面应力的其它因素还有板架弯曲板的初 始挠度以及由焊接而引起的板的初始应力数值等，这 些影响具有一定的随机性。
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5.3 船舶上层建筑的振动
上层建筑总振动固有频率的计算方法： 经验公式； 有限元方法。
2019/12/18
上层建筑纵向振动频率的近似估算
上层建筑纵向振动的第一阶固有频率估算(P168)：
1 f2
1
f
2 a
1
f
2 b
f
f
2 a
1
fa fb
2
K—上层建筑后端的弹性支承刚度(N/m)，取决
船体振动学
1.系统的自由度：确定振动系统运动所需的独立坐标数目即为系统的自由度数。
2.广义坐标：这种确定系统在空间位置的独立参变量称为广义坐标。
3.线性振动：在这些条件下，系统的振动可以用常系数线性微分方程来描述，称为线性振动。
4.自由振动：系统对初始激励的响应通常称为自由振动。
5.强迫振动：对外部作用力的响应称为强迫振动。
6.干摩擦阻尼力：当系统与外界的固体相接触运动时，即产生摩擦阻力，称为干摩擦阻尼力。
7.粘性阻尼力：它是系统与外界粘性流体接触时，在速度不高的情况下所产生的阻尼力。
8.流体动力阻力：当系统与外界的粘性流体接触，且速度较高，并在粘性较小的流体中运动时，即发生与速度平方成正比的阻力，称为流体动力阻力。
9.材料内阻尼力：是因为实际材料并不是完全弹性而引起的，又称材料的非弹性阻尼。
10.结构内阻尼力：是因为系统本身结构装配或连接而引起的。
11.准周期振动：这种由于振动系统受到阻尼力作用，造成能量损失而使振幅逐渐减小的振动称为衰减振动，或称为准周期振动。
12.均匀直梁弯曲自由振动的特性：（1）均匀直梁是具有分布质量及抗弯刚度的无限自由度系统（2）固有频率和固有振形是结构的固有特性，不仅与材料的性质、结构的刚度等因数有关，而且还和边界条件有关（3）当梁作任一主振动时，类似于单自由度系统的振动（4）在所讨论的线性振动范围内，均匀直梁弯曲自由振动是无限多个主振动的线性叠加，梁中任一点的运动则是各主振动所引起运动的总和。
（5）固有振形具有正交性，即各固有振形之间是相互独立的。
13.Timoshenko梁理论：一般的梁单元,是基于初等力学中的平截面变形假定,在这个假定中,实际上认为弯曲变形是主要的变形,剪切变形是次要的变形,因而可以不计,这对于高度远小于跨度的实腹梁来说,不会引起显著的误差,但对于有些空腹梁或都高跨比不是很小的梁来说,就不太精确了,所以有必要计及剪切变形，Timoshenko梁就是能考虑剪切变形的梁。
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Ship Vibration
0.3 振动问题的提法
激励
响应 系统
（输入）
（输出）
振动问题按这三个环节可分为三类问题 第一类：已知激励和系统，求响应； 第二类：已知激励和响应，求系统； 第三类：已知系统和响应，求激励。
Ship Vibration
0.3 振动问题的提法
激励
（输入）
√
系统
√
响应
（输出）
?
第一类：已知激励和系统，求响应 正问题；动力响应分析 主要任务是验算结构、产品等在工作时的动力响应 （如位移、应力等）是否满足预定的安全要求和其 它要求。 在产品设计阶段，对具体设计方案进行动力响应验 算，若不满足预定要求再作修改，直到达到要求而 最终确定设计方案，这一过程就是所谓的振动设计。
Ship Vibration
0.3 振动问题的提法
激励
（输入）
?
系统
√ √
响应
（输出）
第三类：已知系统和响应，求激励 第二类逆问题；环境预测 例如：为了避免产品在公路运输中的损坏，需要 通过实地开车记录汽车振动和产品振动，来估计 运输过程中的振动环境是怎样的，运输过程对于 产品是怎样的一种激励，这样才能有根据的为产 品设计可靠的减振包装。
0.3 振动问题的提法
0.4 振动系统
0.5 振动问题的分类
Ship Vibration
第0章 绪论
0.1 基本概念
Ship Vibration
0.1 基本概念
振动：从广义上讲，如果表征某种运动的物理量 作时而增大时而减小的反复变化，这种运动就可 以称为振动。 如果变化的物理量是一些机械量或力学量，例如 物体的位移、速度、加速度、应力及应变等等， 这种振动便称为机械振动。 振动是自然界最普遍的现象之一。例如： （1）船舶和飞机在航行中的振动； （2）桥梁和建筑物在风和地震作用下的振动； （3）机床和刀具在加工时的振动； （4）心脏的搏动、耳膜和声带的振动。
Ship Vibration
0.5 振动问题的分类
按激励特性来划分： （1）自由振动 （2）强迫振动 （3）自激振动 （4）参激振动 激励是系统自身含随时间变化的参数，这种激励 所引起的振动。例如秋千被越荡越高。秋千受到 的激励是摆长，摆长随时间变化，摆长的变化由 人体的下蹲及站立造成。 本课程仅介绍自由振动和强迫振动。
Ship Vibration
0.3 振动问题的提法
激励
（输入）
√
系统
?
响应
（输出）
√
第二类：已知激励和响应，求系统 第一类逆问题；系统识别，系统辨识 主要任务是估计系统的物理参数（如质量、刚度 和阻尼系数等）和系统振动的固有特性（如固有 频率、固有振型等）。 以估计系统的物理参数为任务的叫做物理参数辨 识，以估计系统振动的固有特性为任务的叫做模 态参数辨识或者试验模态分析。
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
船体振动学
1．课程内容 本课程由振动力学的基本理论和船体振动两部 分组成。 2．课程目标 掌握振动力学的基本理论和计算方法，能够对 单自由度系统、简单的多自由度系统和简单的弹 性梁进行自由振动的计算和强迫振动的计算。 掌握船体振动的实用计算方法，能够对船体及 其局部结构进行自由振动的计算和强迫振动的计 算。
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
按系统特性或运动微分方程的类型来划分： （1）线性振动 系统的运动微分方程为线性方程的振动。相应的 系统称为线性系统。线性振动的一个重要特性是 线性叠加原理成立。 （2）非线性振动 系统的运动微分方程为非线性方程的振动。相应 的系统称为非线性系统。对于非线性振动，线性 叠加原理不成立。 本课程仅介绍线性振动。
Ship Vibration
船体振动学 3．课程基本要求 （1）掌握无阻尼和有阻尼单自由度系统自由 振动和强迫振动的基本理论和计算方法 （2）掌握多自由度系统自由振动和强迫振动 的基本理论和计算方法 （3）掌握弹性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
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。
Ship Vibration
0.3 振动问题的提法
激励
（输入）
激励
√
响应 系统
（输出）
响应
系统
（输出）
响应
系统
（输出）
上述三类问题基本囊括了现实振动中的所有问题。 本课程仅介绍第一类问题。
Ship Vibration
第0章 绪论
0.4 振动系统
第0章 绪论
0.3 振动问题的提法
Ship Vibration
0.3 振动问题的提法 工程上称振动问题的研究对象为系统，它可以是 一个零部件、一台机器或者一个完整的工程结构 等。 外部激振力等因素称为激励（输入） 系统发生的振动称为响应（输出）
激励
响应 系统
（输入）
（输出）
Ship Vibration
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。
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第0章 绪论
0.2 学习目的
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0.2 学习目的 许多情况下，振动是有害的。 振动有时是造成机械和结构破坏和失效的直接原 因。例如： 1940年美国的Tacoma Narrows（塔科马）吊 桥因桥身扭转振动和上下振动导致倒塌； 1958年美国第一颗人造卫星“探险者I号”因 天线的振动导致卫星自旋运动不稳 ； 1972年日本海南电厂的一台66万千瓦的气轮发 电机组因异常振动导致全机毁坏； 学习振动力学的目的之一：掌握振动的基本理论 和计算方法，从而确定和限制振动对工程结构和 机械产品的性能、寿命和安全的有害影响。
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船体振动学 4．参考教材 翁长俭，张保玉编。船体振动学，人民交 通出版社，1985。 翁长俭，张保玉编。船体振动学，大连海 运学院出版社，1992。
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船体振动学
第0章 绪论
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第0章 绪论 0.1 基本概念 0.2 学习目的
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第0章 绪论
0.5 振动问题的分类
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0.5 振动问题的分类
按系统的自由度来划分： （1）单自由度系统的振动 具有一个自由度的系统的振动。 （2）多自由度系统的振动 具有两个或两个以上自由度的系统的振动。 （3）连续系统的振动 连续弹性体的振动。这种系统具有无穷多个自由 度。
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0.2 学习目的 振动也有它积极的一方面，是可以利用的。 例如： 振动是通信、广播、电视、雷达等工作的基础； 工业用的振动筛、振动沉桩、振动输送等都是 利用振动 。 学习振动力学的目的之二：利用振动理论去创造 和设计新型的振动设备、仪器及自动化装置。
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0.3 振动问题的提法
激励
响应 系统
（输入）
（输出）
振动问题按这三个环节可分为三类问题 第一类：已知激励和系统，求响应； 第二类：已知激励和响应，求系统； 第三类：已知系统和响应，求激励。
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0.3 振动问题的提法
激励
（输入）
√
系统
√
响应
（输出）
?
第一类：已知激励和系统，求响应 正问题；动力响应分析 主要任务是验算结构、产品等在工作时的动力响应 （如位移、应力等）是否满足预定的安全要求和其 它要求。 在产品设计阶段，对具体设计方案进行动力响应验 算，若不满足预定要求再作修改，直到达到要求而 最终确定设计方案，这一过程就是所谓的振动设计。
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0.3 振动问题的提法
激励
（输入）
?
系统
√ √
响应
（输出）
第三类：已知系统和响应，求激励 第二类逆问题；环境预测 例如：为了避免产品在公路运输中的损坏，需要 通过实地开车记录汽车振动和产品振动，来估计 运输过程中的振动环境是怎样的，运输过程对于 产品是怎样的一种激励，这样才能有根据的为产 品设计可靠的减振包装。
0.3 振动问题的提法
0.4 振动系统
0.5 振动问题的分类
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第0章 绪论
0.1 基本概念
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0.1 基本概念
振动：从广义上讲，如果表征某种运动的物理量 作时而增大时而减小的反复变化，这种运动就可 以称为振动。 如果变化的物理量是一些机械量或力学量，例如 物体的位移、速度、加速度、应力及应变等等， 这种振动便称为机械振动。 振动是自然界最普遍的现象之一。例如： （1）船舶和飞机在航行中的振动； （2）桥梁和建筑物在风和地震作用下的振动； （3）机床和刀具在加工时的振动； （4）心脏的搏动、耳膜和声带的振动。
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0.5 振动问题的分类
按激励特性来划分： （1）自由振动 （2）强迫振动 （3）自激振动 （4）参激振动 激励是系统自身含随时间变化的参数，这种激励 所引起的振动。例如秋千被越荡越高。秋千受到 的激励是摆长，摆长随时间变化，摆长的变化由 人体的下蹲及站立造成。 本课程仅介绍自由振动和强迫振动。
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0.3 振动问题的提法
激励
（输入）
√
系统
?
响应
（输出）
√
第二类：已知激励和响应，求系统 第一类逆问题；系统识别，系统辨识 主要任务是估计系统的物理参数（如质量、刚度 和阻尼系数等）和系统振动的固有特性（如固有 频率、固有振型等）。 以估计系统的物理参数为任务的叫做物理参数辨 识，以估计系统振动的固有特性为任务的叫做模 态参数辨识或者试验模态分析。
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
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船体振动学
1．课程内容 本课程由振动力学的基本理论和船体振动两部 分组成。 2．课程目标 掌握振动力学的基本理论和计算方法，能够对 单自由度系统、简单的多自由度系统和简单的弹 性梁进行自由振动的计算和强迫振动的计算。 掌握船体振动的实用计算方法，能够对船体及 其局部结构进行自由振动的计算和强迫振动的计 算。
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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。
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0.5 振动问题的分类
按系统特性或运动微分方程的类型来划分： （1）线性振动 系统的运动微分方程为线性方程的振动。相应的 系统称为线性系统。线性振动的一个重要特性是 线性叠加原理成立。 （2）非线性振动 系统的运动微分方程为非线性方程的振动。相应 的系统称为非线性系统。对于非线性振动，线性 叠加原理不成立。 本课程仅介绍线性振动。
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船体振动学 3．课程基本要求 （1）掌握无阻尼和有阻尼单自由度系统自由 振动和强迫振动的基本理论和计算方法 （2）掌握多自由度系统自由振动和强迫振动 的基本理论和计算方法 （3）掌握弹性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
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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。
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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。
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0.3 振动问题的提法
激励
（输入）
激励
√
响应 系统
（输出）
响应
系统
（输出）
响应
系统
（输出）
上述三类问题基本囊括了现实振动中的所有问题。 本课程仅介绍第一类问题。
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第0章 绪论
0.4 振动系统
第0章 绪论
0.3 振动问题的提法
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0.3 振动问题的提法 工程上称振动问题的研究对象为系统，它可以是 一个零部件、一台机器或者一个完整的工程结构 等。 外部激振力等因素称为激励（输入） 系统发生的振动称为响应（输出）
激励
响应 系统
（输入）
（输出）
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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。
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第0章 绪论
0.2 学习目的
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0.2 学习目的 许多情况下，振动是有害的。 振动有时是造成机械和结构破坏和失效的直接原 因。例如： 1940年美国的Tacoma Narrows（塔科马）吊 桥因桥身扭转振动和上下振动导致倒塌； 1958年美国第一颗人造卫星“探险者I号”因 天线的振动导致卫星自旋运动不稳 ； 1972年日本海南电厂的一台66万千瓦的气轮发 电机组因异常振动导致全机毁坏； 学习振动力学的目的之一：掌握振动的基本理论 和计算方法，从而确定和限制振动对工程结构和 机械产品的性能、寿命和安全的有害影响。
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船体振动学 4．参考教材 翁长俭，张保玉编。船体振动学，人民交 通出版社，1985。 翁长俭，张保玉编。船体振动学，大连海 运学院出版社，1992。
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第0章 绪论
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第0章 绪论 0.1 基本概念 0.2 学习目的
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第0章 绪论
0.5 振动问题的分类
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0.5 振动问题的分类
按系统的自由度来划分： （1）单自由度系统的振动 具有一个自由度的系统的振动。 （2）多自由度系统的振动 具有两个或两个以上自由度的系统的振动。 （3）连续系统的振动 连续弹性体的振动。这种系统具有无穷多个自由 度。
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0.2 学习目的 振动也有它积极的一方面，是可以利用的。 例如： 振动是通信、广播、电视、雷达等工作的基础； 工业用的振动筛、振动沉桩、振动输送等都是 利用振动 。 学习振动力学的目的之二：利用振动理论去创造 和设计新型的振动设备、仪器及自动化装置。
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