基于船舶推进系统特性船体艉部结构垂向振动试验

船舶推进系统与船体结构的耦合技术是目前船舶研究的重要方向,需要在基本理论、试验方法和研究手段等各个方面进行跨学科的创新性深入研究。根据船舶推进系统的主要激励形式,确定船体艉部结构垂向振动分析的关键频率,通过关键频率对船体艉部结构垂向振动与船舶推进系统特性进行关联性分析,同时也分析油膜涡动对船体艉部结构垂向振动的影响程度,为船舶推进系统振动传递规律和油膜涡动理论方面研究提供一些有意义的结论和参考。     

100m新型极地探险邮轮振动特性研究

建立了新型极地探险邮轮的有限元模型,利用虚质量法计算了整船湿模态,并与激励力主频对比,初步验证整船结构振动特性设计的合理性。通过频响分析方法计算了振动速度-激励力的导纳矩阵,测试了航行时船尾底板和主机机脚处的振动速度,利用测试振动速度和导纳矩阵反推出螺旋桨和主机激励力。将得到的螺旋桨和主机激励力加载至有限元模型中,计算各个舱室的振动速度,并与舱室振动速度测试值对比,误差在工程允许范围内,验证了激励力的准确性。在有限元模型上单独加载螺旋桨和主机激励力,计算各个舱室的振动速度,分析两种激励源对各个舱室振动速度的贡献率,为新型极地探险邮轮的前期振动评估和后期振动控制提供针对性参考。     

轴系校中状态对艉轴承力传递特性影响

船舶轴系的弯曲振动通过艉轴承传递到船体引发船体艉部振动并产生噪声,是影响船舶舒适性和安全性的主要因素之一。船舶轴系由于较大的自重和出于对轴承保护的原因必须进行轴系校中,校中过程中轴承垂向位置的变化将会改变各轴承所受载荷,继而改变轴承刚度,影响轴系振动特性及轴承处的力传递特性。为此,利用传递矩阵法建立轴系校中和弯曲振动模型,对一轴系实例分别进行直线校中和以艉轴后轴承静载最小为目标的优化校中,求得两种不同校中状态下各轴承处受力响应,研究发现两种校中方式低频段相差微小,在高频段有明显区别。     

超大型散货船总振动计算及动力响应预报与控制

采用有限元法对209000 DWT Newcastle-Max型散货船的船体梁振动特性和上层建筑在主机激励下的强迫振动响应进行数值分析。重点研究船体梁振动力学模型建模、主机机架振动计算和不平衡力矩加载等关键技术,对典型减振装置--平衡补偿器和顶部支撑的减振效果进行评估。计算表明,该船采取的减振措施效果显著,振动性能满足ISO 6954的振动评价标准。     

螺旋桨激励力作用下舰船振动及水下声辐射特性研究

针对螺旋桨激励力作用下舰船振动响应及水下声辐射特性进行研究,基于有限元法/边界元法(FEM/BEM)对比分析螺旋桨三向激励力分别作用及共同作用时舰船振动响应及水下声辐射特性。结果表明:相比螺旋桨轴向及横向激励力,螺旋桨垂向激励力更易激发舰船振动及水下声辐射响应,且均方速度级与声功率级更大;螺旋桨轴向力及横向力主要激发舰船水平振动,垂向力则主要激发舰船垂向与水平振动;螺旋桨激励力作用下舰船振动响应与水下声辐射线谱不完全一致,且水下声辐射线谱分布频率范围更广。最终建立起螺旋桨激励力与舰船振动及水下声辐射间的对应关系,为舰船桨-轴-船系统减振降噪设计提供理论支持。     

螺旋桨激励条件下结构振动特性研究

为研究复合材料螺旋桨以及铜质材料螺旋桨在锤击激励以及非稳态激励条件下的结构模态固有特性和水下振动噪声特性,在设计的试验环境下,对处于水介质以及空气介质中的复合材料螺旋桨以及铜质材料螺旋桨5桨叶进行模态激励试验,得到两型螺旋桨各桨叶的固有频率、模态振型以及阻尼比,并分析两型桨5桨叶之间的差异;针对桨-轴系统在临界转速工况下出现空化而导致的异常振动噪声现象,选取螺旋桨发生空化前的辐射水声频谱,对两者进行了对比研究;另外,试验还模拟桨-轴系统在高速运转下的停车运行工况,对停车运行过程的振动噪声时频特性进行分析。试验研究结果表明:前3阶模态中,复合材料螺旋桨各桨叶之间的差异比铜质材料螺旋桨之间的差异要大,但两型桨叶的振型基本一致;螺旋桨发生空化时,产生的叶频及其倍频幅值放大了约2~10倍;停车运行过程中,变流速,变转速产生的变激励力是引起振动噪声时频变幅特性的主因。该研究成果对新材料、新工艺在船舶推进器声学设计有较好的指导作用,对螺旋桨在非稳态激励下的噪声源声学特性有全面认识。     

环境激励下船体模态参数识别实验研究

运行模态识别是一种仅仅根据环境激励下的结构振动响应来提取结构模态参数的方法,常基于环境激励为白噪声特征的情况。由于船舶螺旋桨、主机及其它激励的特点,船体结构响应在频率上既有较强的单频成分,低频段也存在非常丰富的相对较弱的成分。因此航行中的船舶所受激励呈现为白噪声和确定若干单频频率的叠加作用。本文基于船舶结构的环境激励特点,讨论了船舶结构运行模态参数识别方法,进一步讨论了NExT/ERA方法在船体结构总体模态识别中的应用,通过一艘实船模态实验识别了船体模型的总体模态参数。     

统计能量法在船舶噪声与振动控制中的应用

分析船舶噪声与振动源,讨论船舶结构噪声源和空气噪声源的传播路径,介绍船舶噪声与振动控制的规范标准,并对船舶噪声与振动控制方法作较详细的论述,通过应用基于统计能量法的全频域噪声分析软件VA ONE,对某散货船艉部进行噪声分析计算,得到船舶噪声与振动的响应特性。经过与海试现场采得数据比较,发现计算论证的趋势和实际是相符的。     

基于弯扭组合的江海直达船舶波激振动模型试验研究

对于江海直达船此类大开口宽扁船的极限强度与疲劳分析中,垂向与扭转方向波激振动影响不容忽视;由于此类船舶既在长江河道航行又在沿海航行,且海况变化范围较大,船体梁的自振频率与遭遇频率及其倍频极易重合从而导致共振。目前该领域国内外开展的波激振动垂向弯矩方面的研究较多,大开口船舶扭转振动却并未有太多的进展,处于斜浪下的大开口船弯扭组合波激振动试验研究极为缺乏;考虑流体特性与结构动力特性相似情况下,开展了一系列分段梁模型的波浪载荷试验研究。通过一类U型测量梁对垂向与扭转刚度进行模拟满足固有频率特性相似,分析了不同航速对高低频成分的影响;探究江海直达船压载装载条件下的高低频垂向波浪载荷响应以及扭转波激振动响应特性,对理论计算及规范修正提供参考依据。     

SWATH型科考船柴油发电机组气囊隔振设计方案

小水线面双体船(small waterplane area twin-hull ship,SWATH)型科考船作为承担远洋深海科考任务的特种船舶,对船舶的水下辐射噪声和自噪声控制十分严格。为了控制SWATH型科考船自噪声,针对科考船上主要振动噪声源1 100 kW柴油发电机组采用气囊隔振技术,进行机组气囊隔振系统的设计和计算分析校核,并通过振动测试证明柴油发电机组气囊隔振设计方案具有良好隔振效果,可很好抑制振动源向船体的振动传递,从而降低全船自噪声。