船舶 振动学.docx

1. 系统自由度：确定振动系统的运动所需的独立坐标数目即为系统的自由度数。若一个系统只需要用一个坐标来确定，则为单自由度系统。2. 广义坐标：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：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：系统对外部作用力的响应称为强迫振动6. 固有振动：系统除受重力影响外，只受到弹簧恢复力作用，而不受其他外力的作用7. 固有频率：对应固有振动，仅取决于系统的固有性质，与初始条件无关8. 干摩擦阻尼力：系统与外界的固体相接触运动时，即产生摩擦阻尼，称干摩擦阻尼，也称为库伦阻尼，方向与运动方向相反，大小取决于正压力N与干摩擦系数（与静摩擦力类似）9. 粘性阻尼力：系统与外界的粘性流体接触时，在速度不高的情况下所产生的阻尼力。它与接触的材料无关，而与运动体的大小、形状及流体的粘性有关，其方向与运动方向相反，与振动体的运动速度成正比，又称线性粘性阻力10. 流体动力阻尼力：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，称为流体动力阻力或高次阻力，其方向与运动方向相反，又称为非线性粘性阻力。以上三者属于外阻尼力，是由于系统与外界接触而产生11. 材料内阻尼：由于实际材料并不是完全弹性的而引起的，又称为材料的非弹性阻尼。会发生微塑性变形，发生能量逸散现象。迟滞圈的面积表征着单位体积的材料在一个振动循环中所逸散的能量12. 结构内阻尼：由于系统本身结构装配或连接而引起的，比前者大得多以上两者属于内阻尼力，是由于系统内部的原因引起的13. 准周期振动：由若干个简谐振动所组成的振动虽不是周期性的，但它的特性基本上与周期性的振动相接近，称为准周期性振动。（若任意两个谐振频率之比均为有理数，则此振动是周期性的）14. 稳态振动部分：由于振动的存在，自由振动部分很快消失，最后剩下的振动仅为强迫振动，称为稳态振动部分或稳态响应。15. 均质直梁弯曲自由振动的特性？1、 是具有分布质量及抗弯刚度的无限自由度系统，因而有无限多个固有频率和固有振型。2、 固有频率和固有振型是结构的固有特性，不仅与材料的性质、结构的刚度等因素有关，还和边界条件有关。3、 当梁做任一主振动时，类似于单自由度系统的振动。此时梁中所有点都相对于其平衡位置作简谐振动，各点振动频率相同，相应的固有振形即为各点的振幅分布。4、 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互相独立的。16. 铁木辛柯梁理论：一般的梁单元是基于初等力学中的平断面变形的假定，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，可以不计。这对高度远小于跨度的实腹板梁来说不会引起显著的误差，但对于有些空腹梁或者高度跨度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。迁移矩阵法基于此。铁木辛柯梁变断面计及剪切变形计及转动惯量计及附连水质量普通等直梁等断面不计剪切变形不计转动惯量不计附连水质量欧拉梁（纯弯）17. 转动惯量和剪切变形对梁固有频率的影响：转动惯量使系统的有效质量增加，剪切的作用使系统的刚度下降，均使系统的固有频率降低，其中剪切变形的影响大于转动惯量的影响，对于细而长的梁或梁的高阶振动必须计及剪切和转动惯量的影响。18. 船体总振动：整个船体的振动称为总振动。有垂向振动、水平振动、纵向振动、扭转振动四类19. 船体局部振动：船体局部结构对于整个船体所作的附加振动称为局部振动20. 船体总振动阻尼的特性:船舶振动所受的力有干扰力、弹性恢复力、惯性力和阻尼力。阻尼力的数值相对较弱，对低阶振动的主振动形式与频率影响不大，故可当做无阻尼振动考虑。高阶振动阻尼影响增大，必须予以计及。21. 船体总振动减小的原理：改变结构的固有频率或激励频率以避免共振；减小激励的幅值与减小激励的传递以降低强迫振动的程度；增加结构刚度和阻尼以降低响应等。22. 舷外水对船体总振动的影响？1. 重力的影响：归结为所受浮力的变化，如同将船体置于一个弹性基础梁上一样，对于水平振动及扭转振动来说，这种影响不存在，对于垂向振动可不计入2. 阻尼的影响：包括摩擦阻尼和兴波阻尼，一般来说阻尼对自由振动的影响不大，可不计入。但在计算共振区域内计算强迫振动振幅时，必须考虑阻尼的影响。由于不以求得，一般与结构内阻尼一起考虑。3. 惯性的影响：反映在参与船体振动的等效质量的改变，相当于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。23估算船体振动的必要性：在船体设计初期，为避开低阶共振，在选择主机，决定船体主尺度时，就需要对船体梁的固有频率进行估算。但在设计初期，详细计算所需要的一些原始数据均还未得到，要对船体振动进行详细的计算是不可能的，而且设计的方案很多，计算工作量将相当大，故一般选用经验公式进行估算。24.船体振动的危害：1、使船体结构或机械部件在应力过大部位产生疲劳破坏，影响航行安全；2、影响船员和旅客的居住舒适性，影响船员的工作效率，甚至身体健康；3、影响船上设备、仪表的正常工作，降低使用精度，缩短使用寿命；4、激发噪音，影响人体健康，降低居住舒适性，影响军用舰艇的隐蔽性。25、船体振动产生的原因：外因，船体作为一个自由漂浮在水上的空心弹性梁，在营运过程必然会受到各种激励的作用，激起船体总振动和局部振动。内因，结构的响应，即共振强迫响应。26.振动过大的原因：1、设计问题。船舶主尺度与主机的选择，螺旋桨与船体及附属体间隙以及尾部线型的配合，布置和结构的连续性等；2、建造质量问题。螺旋桨制造质量差，轴线对中不良，结构连续性破坏，焊接残余应力与初挠度等；3、营运管理问题。船体装载不当，轴系变形，主机各缸燃烧不均匀，机件磨损，松动，螺旋桨受损等。27、螺旋桨轴频干扰力螺旋桨的干扰频率等于桨轴转速的一阶干扰力。引起轴频干扰力的原因是螺旋桨的机械静力不平衡、机械动力不平衡及水动力不平衡。28螺旋桨叶频干扰力表面力：螺旋桨转动时经水传至船体表面的脉动水压力（称为螺旋桨脉动压力），沿其船体表面的积分值（合力）称为表面力。轴承力：螺旋桨在船后工作时，由于伴流在周向分布的不均匀性，使作用于桨叶上的流体力发生变化而引起的激振力，因它通过桨轴和轴承作用于船体，故称为轴承力。螺旋桨脉动压力的产生是因为载荷效应和叶厚效应，其大小的影响因素主要是螺旋桨叶梢与尾壳板的间隙大小及螺旋桨的叶数。它作用在外板的范围主要在螺旋桨正上方。29主机不平衡和力矩运动部件的惯性力产生的不平衡和不平衡力矩，其幅值及频率取决于这运动部件的质量、发火顺序、缸数、冲程数、曲柄排列顺序及转速等。30主动侧向压力和倾覆力矩气缸内气体爆炸压力产生的对气缸侧壁的侧向压力和倾覆力矩，其幅值及频率取决于缸径、工作压力、曲柄连杆长度比、缸数和冲程数。31强迫振动的影响因素强迫振动不论对总体或局部结构，其振动大小除和干扰力大小有关外，还和结构本身的刚度（弯曲和剪切刚度）、质量和阻尼有关，其中以刚度影响最大，刚度小者振动大。阻尼的存在对强迫振动和共振均有影响。一般情况下，阻尼越大则振幅减小越多，在共振时其作用尤为明显。32船上板的振动特性1、 船上有些板单面或双面与水接触2、 船上板是由骨架支持的连续板，与边界条件有关3、 船体外板、内底板、甲板等存在中面力4、 船上板存在初始缺陷5、 相同尺寸的板固有频率不同33减小船体振动的措施1、 防止共振防止船体梁共振。使船体梁第一、二谐摇固有频率与激振力频率分别错开15%和20%；改变船上载荷的分布来调整固有频率；改变船体梁的刚度来调整固有频率防止局部共振。板架、梁加强，改变支持或质量，采用频率储备。2、 减小螺旋桨激励。通过改变螺旋桨与船体的间隙，桨叶数，螺距，盘面比，桨的形状等来减小其激励；使用导流鳍，隧道尾，导管桨来使螺旋桨盘面内的伴流均匀，U型尾有利于减小螺旋桨激励。3、 减小主机激振。选择平衡性好的主机；选择恰当的安装位置；安装平衡补偿4、 减小激振力的传递。减小柴油机激振力的传递，如在机座下安装减震器；减小螺旋桨激振力的传递，如采用弹性尾轴管，避振穴。避振穴的主要作用是利用橡皮