總振動（總振動）

簡介

船體振動按受力情況可分為自由振動、強迫振動和共振。

船體受外力作用產(chǎn)生振動，在除去該力后繼續(xù)存留的振動稱為自由振動，它以船體固有頻率振動。

一直受周期性干擾力作用的船體振動稱為強迫振動，這種振動是以干擾力頻率振動。

引起船體振動的周期性干擾力，當其作用頻率與船體的某一固有振動頻率趨近時，船體將出現(xiàn)很大的振幅與振動加速度，這種船體振動稱為共振。

由于艦船的結(jié)構(gòu)相當復(fù)雜，其質(zhì)量分布很不規(guī)則，因此，當船體受到干擾而振動時，情況非常復(fù)雜。通常，將船體振動分為總振動和局部振動兩大類，總振動將船體視為一根兩端完全自由的變截面梁，在干擾力作用下，經(jīng)過其平衡位置來回往復(fù)運動。而局部振動是指船體某一部分結(jié)構(gòu)在干擾力作用下經(jīng)過它們各自的平衡位置做來回往復(fù)運動。實際上這兩類振動同時存在而相互關(guān)聯(lián)。

總振動形式

艦船總振動有四種不同的形式：

(1)垂直平面的彎曲振動(垂直振動)；

(2)水平面內(nèi)的彎曲振動(水平振動)；

(3)繞縱向軸線的扭轉(zhuǎn)振動(扭轉(zhuǎn)振動)；

(4)繞縱向軸線的縱振動(縱向振動)。

通常這四種振動并不是以單一形式出現(xiàn)，水平振動與扭轉(zhuǎn)振動、縱向振動與垂直振動同時出現(xiàn)。扭轉(zhuǎn)振動和縱向振動由波浪作用而引起，一般說，沒有垂直和水平兩種振動嚴重。但大開口船應(yīng)注意扭轉(zhuǎn)振動的危險性。垂直振動最容易發(fā)生，是最常見的船體振動，它與兩端完全自由桿的振動是相同的，有雙節(jié)點和三節(jié)點等振動形式。

考慮因素

研究船體總振動必須考慮：

(1)隨船體運動的一部分水的質(zhì)量；

(2)船體從艏至艉的橫剖面慣性矩變化；

(3)彎曲振動時，船體橫剖面的轉(zhuǎn)動；

(4)剪切對彎曲振動的影響。

引起船體總振動的干擾力，主要應(yīng)考慮螺旋槳工作產(chǎn)生的一階和葉頻干擾力，以及主機的一階、二階不平衡力和力矩。

目前在船體總振動計算中以計算自由振動頻率為主，經(jīng)常以船體梁作為計算模型，采用遷移矩陣法計算，也可建立平面有限元計算模型，采用結(jié)構(gòu)分析程序來汁算。也可以將船體處理為三維模型進行詳細計算。船體第一、二、三諧固有振動頻率計算值要求與干擾力頻率分別錯開8%～10%、10%～12%、12%～15%：

實船發(fā)生共振時，宜使干擾力頻率與船體第一、二、三諧固有振動頻率分別錯開3%～5%、5%～7%、7%～10%，或采取其他有效措施以滿足要求。

降振措施

減小艦船總振動的主要措施包括：

(1)降低干擾力的大小。提高螺旋槳的制造質(zhì)造、稍為改變螺旋槳的轉(zhuǎn)速和應(yīng)用消振器能降低由螺旋槳流體動力不平衡性引起的首階航行總振動水平。增加船體與螺旋槳葉片之間的間隙、增加螺旋槳葉片數(shù)以及采用特殊形狀的螺旋槳能減小葉片階諧調(diào)航行總振動。此外，將螺旋槳布置在靠近高頻率振動形狀的艉部節(jié)點附近，可以大大降低葉片階的振動水平。

(2)改變艦船的動力特性。這種方法效果較差，要顯著改變船體的動力特性是非常復(fù)雜的。在螺旋槳盤面處船體尾部局部剛度的加強有利于降低尾封板處的船體高頻率振動水平。

(3)將船體與周期性力隔離。將船體與引起振動的干擾力隔離需要采用專門的設(shè)備，其中包括在艦體底部和螺旋槳之間產(chǎn)生空氣幕的設(shè)備，在脈動壓力作用最大區(qū)域的螺旋槳上方設(shè)置有水密圍壁的龕，在船體外板上設(shè)置帶有附加質(zhì)量的附加板、采用可調(diào)節(jié)的和不可調(diào)節(jié)的消振器等等，這些設(shè)備能使螺旋槳與船體之間形成隔離的彈性層，從而減小船體振動。

上述減小航行總振動的方法在實船上不是總能實現(xiàn)的，因為在艦船設(shè)計時，要綜合考慮艦船的各種性能，這就限制了顯著降低振動水平的可能性。