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某自卸沙船总振动预报和分析
欧礼坚1,霍浩杰1,徐海汐2
（1华南理工大学土木与交通学院1,广州市510640；2广州理坚船舶工程有限公司2,广州市510640）
摘 要：基于通用有限元分析软件ANSYS,采用有限元法对某自卸沙船总振动进行了仿真计算和分析预报；将有限元法计算结果与经验公式计算结果进行比较.此外,将船体总振动固有频率与主机及螺旋桨的固有频率对比分析,其结果证实目标船总振动固有频率储备满足《船上振动控制指南(2012)》要求.
关键词：自卸沙船；总振动；有限元法
中图分类号：U661.31：U661.313；
文献标识码A
作者简介：欧礼坚( 1974-),男,博士,研究方向：船舶安全与绿色节能技术研发及应用.
霍浩杰( 1993-),男,在读研究生.主要从事船舶与海洋结构物设计制造研究工作.
收稿日期：2015-07-28
1引言
船舶的舒适性日益受到关注,为了减少船舶振动对船员、机械设备及强度等造成影响,船舶振动越来越受到船东、船级社以及设计者的重视.船体属于复杂的弹性结构,其振动问题非常复杂.船体振动会引起结构构件的交变应力,加速结构的疲劳损伤；也会令船员或旅客舒适度下降；甚至会导致船上精密仪器失灵.中国船级社《国内航行海船建造规范》(2012)[2]定义的自卸沙船,其结构特点与其它船型有较大的区别,属于较新颖的结构布置.为了分析自卸沙船的固有振动特性,采用ANSYS分析软件,利用有限元方法进行模态分析,对船体总振动频率作出预报,避免与主要设备发生共振.
2船体总振动有限元法模型的建立
2.1有限元基本理论
有限元法将结构离散成很多单元（如杆元、梁元、膜元及板元等）,通过节点处连接而构成计算模型；计算单元刚度矩阵,组装成整个船体结构的刚度矩阵；采用集中质量法或一致质量法计算质量矩阵.在计算船体结构固有振动频率时,可不计阻尼影响,将船体梁振动问题离散化为多自由度系统的自由振动方程：
2.2目标船主要参数及结构特点
某白卸沙船总长96.40 m、设计水线长88.673 m、两柱间长87.93 m、型宽18.20 m、型深5.60 m、设计吃水4.50m、肋距0.55 m.货舱区采用双舷、两道纵舱壁、砂斗载货甲板；内舷与纵壁间设双层底；机舱及首尾舱为单层底、单甲板；货舱区为纵骨架式；首尾为横骨架式.自卸沙船的典型横剖面结构如图1所示.
螺旋桨为MAU4-50型、直径2.38 m、螺距比0.748、盘面比0.5、叶数4、后倾角12.、旋向为外旋、设计转速为194.4 r/min；主机型号为KT38-M、额定功率为374 kW、额度转速为l 600 r/min、缸径×行程为159 mm×159 mm；齿轮箱型号为HCT600A/1、减速比为8.23:1.
2.3结构有限元模型的建立
有限元几何模型及有限元模型如图2所示.船体的外板、甲板、舱壁、尾封板等板材使用shell 181来模拟；肋骨、龙骨、桁材、横梁等骨材使用heam 188来模拟；质量使用质量单元mass 21来模拟；网格划分中设置梁单元、壳单元的单元长度为一个肋距,即550 mm.计算模型包括beam 188单元共43 909个,shell 181单元共54 062个,mass 21单元共59个.
2.4附连水质量的计算与加载
根据,计算船体垂向弯曲振动、水平弯曲振动时,各计算剖面中单位长度上的附连水质量分别按式(4)、(5)计算：
2.5边界条件
计算自由振动时不施加任何边界条件,即进行自由模态计算.
3船体梁总振动计算结果及评价
目标船在满载、压载工况下,垂向振动前3阶、水平振动前2阶总体振动固有频率与主要设备激励频率（主机转速为1600 r/min,螺旋桨转速为194.4 r/min）的储备情况见表1；目标船在满载、压载工况下的垂向1阶弯曲振动的振型图分别见图3、图4.根据《船上振动控制指南（2012）》经验公式的估算结果见表2.
4结论
基于通用有限元分析软件ANSYS,采用有限元法对某自卸沙船总振动进行了仿真计算和分析预报,结果表明,目标船总振动固有频率储备满足《船上振动控制指南(2012)》要求.
有限元法计算结果与经验公式估算结果进行比较；两者的结果比较接近.自卸沙船作为新船型,虽然其结构特点与其它船型不同,但是经验公式估算方法也依然适用.
振动论文范文结:
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1、振动和冲击期刊