船舶振動習(xí)題

名詞解釋

1、振動：

2、固有頻率：

3、單自由度振動：用一個獨(dú)立坐標(biāo)就能確定位置的系統(tǒng)的振動.

4、多自由度振動：用多個獨(dú)立坐標(biāo)才能確定位置的系統(tǒng)振動，包括二自由度系統(tǒng)。

5、無限多自由度振動：要用無限多個獨(dú)立坐標(biāo)才能確定位置的系統(tǒng)振動，這種振動又稱為

彈性體的振動。

6、自由振動：系統(tǒng)受初始干擾后，在沒有外界激勵作用時所產(chǎn)生的振動。

7、強(qiáng)迫振動：系統(tǒng)在外界激勵作用下產(chǎn)生的振動.

8、對數(shù)衰減率：

9、嚴(yán)格共振：

10、共振：干擾頻率接近或等于固有頻率時，振動系統(tǒng)動力響應(yīng)顯著放大的效應(yīng)。

II、單自由度系統(tǒng)：振動系統(tǒng)任意時刻的空間位置只需要一個獨(dú)立幾何參數(shù)表達(dá)。

12、多自由度系統(tǒng)：振動系統(tǒng)任意時刻的空間位置需要一個以上相互獨(dú)立的幾何參數(shù)表達(dá)。

13、固有頻率：結(jié)構(gòu)的固有振動頻率僅與結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)吊有關(guān)，與結(jié)構(gòu)初始的振動狀態(tài)及

干擾力無關(guān)。

14、基本頻率（基頻）：n個自由度有n個固有頻率，固有頻率值中的最小值，記為,A

13、固有振型（模態(tài)）；結(jié)構(gòu)受到擾動進(jìn)入自由振動時的振動形式，與結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量有

關(guān)，與初始條件及干擾力無關(guān)。

16、無限自由度系統(tǒng)：如果振動系統(tǒng)的質(zhì)量任意瞬時的空間位置需要無限多個廣義坐標(biāo)來

描述，稱這樣的系統(tǒng)為無限自由度系統(tǒng)。

17、節(jié)點(diǎn)：梁的各諧調(diào)固有振形上，總是存在著若干在主振動時靜止不動的點(diǎn)，稱之為節(jié)點(diǎn)

（邊界支點(diǎn)除外）

18、系統(tǒng)的自由度：確定振動系統(tǒng)運(yùn)動所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目即為系統(tǒng)的自由度數(shù)。

19、廣義坐標(biāo)：這種確定系統(tǒng)在空間位置的獨(dú)立參變量稱為廣義坐標(biāo)。

20、線性振動：在這些條件下，系統(tǒng)的振動可以用常系數(shù)線性微分方程來描述，稱為線性振

動。

21、干摩擦阻尼力：當(dāng)系統(tǒng)與外界的固體相接觸運(yùn)動時，即產(chǎn)生摩擦阻力，稱為干摩擦阻尼

力。

22、粘性阻尼力：它是系統(tǒng)與外界粘性流體接觸時，在速度不高的情況下所產(chǎn)生的阻尼力。

23、流體動力阻力：當(dāng)系統(tǒng)與外界的粘性流體接觸，且速度較高，并在粘性較小的流體中運(yùn)

動時，即發(fā)生與速度平方成正比的阻力，稱為流體動力阻力。

24、材料內(nèi)阻尼力：是因?yàn)閷?shí)際材料并不是完全彈性而引起的，又稱材料的非彈性阻尼。

25、結(jié)構(gòu)內(nèi)阻尼力：是因?yàn)橄到y(tǒng)本身結(jié)構(gòu)裝配或連接而引起的。

26、準(zhǔn)周期振動：這種由于振動系統(tǒng)受到阻尼力作用，造成能量損失而使振幅逐漸減小的振

動稱為衰減振動，或稱為準(zhǔn)周期振動。

27、局部振動：船體局部結(jié)構(gòu)如板架、梁、板等對于整個船體所作的附加振動稱為局部振動。

簡答

1、梁的橫向振動假定條件有哪些？

a.橫截面中心同直線（平衡條件下）；

b.彈性體材料均質(zhì)、各項同性、服從胡克定律（振動時彈性體應(yīng)力應(yīng)變成線性關(guān)系，應(yīng)力不

超過材料比例極限）：

c.線性振動：振動微小，應(yīng)變與位移分量的幾何關(guān)系是線性的，并略去其它一切非線性項

的影響；

d.平斷面假定：振動變形中梁的橫截面仍保持為平面；

e.連續(xù)性假定：梁單位長度上的質(zhì)量、剛度以及外載荷等都是x的連續(xù)函數(shù)或分段連續(xù)函

數(shù)

2、當(dāng)前為什么要加強(qiáng)船舶振動的研究？

a.噸位增加，主機(jī)功率不斷增加，其產(chǎn)生周期性激振力隨之增大；

b.解機(jī)船和腥部作為居住區(qū)，振動會對設(shè)備儀表和乘員的舒適性產(chǎn)生不利影響

c.高強(qiáng)度鋼材的使用，降低船體結(jié)構(gòu)剛度，船體振動可能更強(qiáng)烈。

3、船舶振動的危害有哪些？

a.使船員和旅客極度不舒適，容易疲勞，甚至損害健康；

b.使機(jī)器和儀表設(shè)備失常，壽命縮短，甚至失靈損壞；

c.使高應(yīng)力區(qū)的船體結(jié)構(gòu)等出現(xiàn)裂縫或疲勞破壞；

d.引起噪聲，影響人員工作和健康以及艦艇.

4、船舶振動過大的原因的有哪些？

a.設(shè)計時考慮不周或計算錯誤，如主機(jī)選擇，船舶主尺度、螺旋槳與船體、附屬體間隙以及

尾部線型的配合，船體結(jié)構(gòu)尺寸、布置和結(jié)構(gòu)的連續(xù)性等

b.建造質(zhì)量問題，如螺旋槳制造質(zhì)量差，軸線不對中，結(jié)構(gòu)連續(xù)性被破壞，焊接殘余應(yīng)力與

初撓度等；、

c.營運(yùn)時航運(yùn)條件以及操作管理水平的影響，如淺水或狹窄航道，裝（壓）載不當(dāng)，軸系變

形，螺旋槳受損，主機(jī)各扛燃燒不均勻，更換機(jī)、漿不當(dāng)合個別結(jié)構(gòu)幾件磨損、松動等。

5、.船舶局部振動包括哪些部位，局部振動產(chǎn)生原因有哪些？

船體局部結(jié)構(gòu)如板架、梁、板等對于整個船體所作的附加振動稱為局部振動。

a.螺旋槳引起脈動水壓力，各種機(jī)械不均衡力，低速柴油機(jī)的點(diǎn)火脈沖和軸的脈動軸向力；

b.船體總振動引起支承運(yùn)動導(dǎo)致局部振動；

c.波浪沖擊、冰塊碰撞、爆炸沖擊等外力

6、板振動是如何進(jìn)行分類的？

根據(jù)其在振動負(fù)荷作用下的彎曲特性分絕對剛性板（線性理論）和有限剛性板（非線性理論）,

所有板振動初始狀態(tài)總是顯示出絕對剛性板彎曲的特性。

7、中面力對平板振動的影響

板在振動時，中面內(nèi)蛤終有拉（壓）作用，中面拉力使板的固有頻率提高，而中面壓力

使板的固有頻率降低。

結(jié)構(gòu)尺寸相同的板固有頻率可能由于板的初撓度、中面內(nèi)的應(yīng)力等不同而出現(xiàn)差異，導(dǎo)致同

一激振力作用下部分板發(fā)生共振。

計算中視為絕對剛性板，用頻率儲備的方法避開共振

中面拉力使板的固有頻率上升，而壓力是固有頻率下降，對于中拱或中垂的不同總強(qiáng)度狀況,

板的固有頻率會產(chǎn)生相應(yīng)的變動

8、船舶振動的激勵源因素有哪些？

答：主要激勵源是螺旋槳和主機(jī)，它們以不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時都將激起周期性激勵，使船體發(fā)

生穩(wěn)態(tài)強(qiáng)迫振動。而波浪的沖擊、火炮發(fā)射的后座力，拋錨等引起的激勵則是非周期性的，

因?yàn)檫@些激勵對船體的作用時間短，只引起船體衰減振動。其它激勵：波浪（抨擊，甲板上

浪，拍擊），軸系，排氣骯沖，錨機(jī)及其它各種機(jī)械設(shè)備，管道和泵。

9、船體總振動的分類？估算的目的是什么？

答：分類：1）垂向振動（在船體的縱中剖面內(nèi)的垂向彎曲振動）2）水平振動（在船體的水

線面內(nèi)的水平方向的彎曲振動）這兩者的振動方向均垂直于船體縱向軸線，故乂稱橫振動（鉛

垂方向的橫振動和水平方向的橫振動）3）扭轉(zhuǎn)振動（船體橫剖面繞縱向軸線扭轉(zhuǎn)的振動）4）

縱向振動（船體橫剖面沿其縱向軸線作縱向拉壓的往復(fù)振動）

目的：在船舶設(shè)計初期，當(dāng)選擇主機(jī)，決定船舶主尺度時，必須考慮避開低階共振，亦即需

要知道船體低階固有頻率，這是船體振動預(yù)報的重要內(nèi)容。

10、影響船舶總震動的因素有哪些？

答：因素：激振力，阻尼，質(zhì)量，剛度。有質(zhì)量和剛度可以推出總振動的模態(tài)即頻率振型，

有激振力和阻尼可以推出船舶響應(yīng)。

11、船體的局部振動指哪些振動？

答：上層建筑，機(jī)艙，尾部，桅桿，甲板，雙層底處的振動。

12、螺旋槳軸承力產(chǎn)生的原因是什么？

答：螺旋槳在船后工作時，由于?伴流在周向分布的不均勻性，使作用在槳葉上的流體力發(fā)生

變化而引起激振力，因它通過槳軸和軸承作用于船體故稱軸承力。軸承力只在不均勻的流場

中存在，伴流越不均勻，軸承力就越大。

13、均勻直梁彎曲自由振動的特性

a.均勻直梁是具有分布質(zhì)量及抗彎剛度的無限自由度系統(tǒng)

b.固有頻率和固有振形是結(jié)構(gòu)的固有特性不僅與材料的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)的剛度等因數(shù)有關(guān)而

且還和邊界條件有關(guān)

c.當(dāng)梁作任一主振動時類似于單自由度系統(tǒng)的振動

d.在所討論的線性振動范恚內(nèi)均勻直梁彎曲自由振動是無限多個主振動的線性疊加梁

中任一點(diǎn)的運(yùn)動則是各主振動所引起運(yùn)動的總和。

e.固有振形具有正交性即各固有振形之間是相互獨(dú)立的。

14、Timoshenko梁理論

一般的梁單元，是基于初等力學(xué)中的平截面變形假定,在這個假定中，實(shí)際上認(rèn)為彎曲變形是

主要的變形，剪切變形是次要的變形,因而可以不計，這對于高度遠(yuǎn)小于跨度的實(shí)腹梁來說，不

會引起顯著的誤差，但時于有些空腹梁或都高跨比不是很小的梁來說，就不太精確了,所以有

必要計及剪切變形，Timoshenko梁就是能考慮剪切變形的梁。

15、轉(zhuǎn)動慣量和剪切變形對梁固有頻率的影響

從物理意義上說剪切的作用使系統(tǒng)的剛度下降轉(zhuǎn)動慣量使系統(tǒng)的有效質(zhì)量增加這兩方

面的影響均使系統(tǒng)的固有頻率降低。其中剪切的影響大于轉(zhuǎn)動慣量的影響。

16、船體總振動

整個船體的振動稱為總振動，這時將船體視為一根兩端自由支持的變截面空心梁。包括1

垂向振動，在船體的縱中剖面內(nèi)的垂向彎曲振動；2水平振動，在船體的水線面內(nèi)的彎曲振

動；3扭轉(zhuǎn)振動，船體橫劑面繞縱向軸線的振動；4縱向振動，船體橫剖面沿其縱向斜線作

縱向抗壓的往復(fù)振動。

17、船體總振動阻尼的特點(diǎn)

當(dāng)激振力的頻率與船體振動的某一固有頻率相等時，船體將發(fā)生共振，第一諧調(diào)共振時，峰

值最高而且曲線很陡，隨著階數(shù)的增加，共振時峰值越來越小，曲線也越來越平坦，船體總

振動的阻尼與振動頻率有關(guān)，頻率越高，阻尼越大。

18、船體總振動減少的原理

改變結(jié)構(gòu)的固有頻率或激勵頻率以避免共振減小激勵的幅值與減小激勵的傳遞以降低強(qiáng)

迫振動的程度增加結(jié)構(gòu)剛度和阻尼以降低響應(yīng)等。

19、舷外水對船體總振動的影響

a.重力的影響，歸結(jié)為船體所受浮力的變化，或者說是船體梁振動時如同在?個彈性基礎(chǔ)梁

上一樣；

b.阻尼的影響，是指舷外水給船體振動以介質(zhì)阻尼使船體振動衰減的影響；

C.慣性的影響，反映在參與船體振動的等效質(zhì)量的改變。

20、船體振動產(chǎn)生的原因

外因，船體作為一個自由漂浮在水上的空心彈性梁，在營運(yùn)過程中必然會受到各種激勵如螺

旋槳激勵、柴油機(jī)激勵、波浪激勵作用，激起船體的總振動和局部振動。

內(nèi)因，船體結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。

21、螺旋槳軸頻干擾力

螺旋槳工作時所引起的干擾力與螺旋槳的形狀參數(shù)，船體（包括附體）后體線型和航速有關(guān)。

軸頻干擾力即螺旋槳的干擾頻率等于槳釉轉(zhuǎn)速的一階干擾力；葉頻干擾力是干擾頻率等于槳

軸轉(zhuǎn)速n乘以槳葉數(shù)Z或梁葉數(shù)倍數(shù)的高階干擾力。引起鈾頻干擾力的原因是螺旋槳的機(jī)械

靜力不平衡，機(jī)械動力不平衡及水動力不平衡。

22、螺旋槳葉頻干擾力矩

螺旋槳誘導(dǎo)的高頻激勵，其頻率等于槳軸轉(zhuǎn)速n乘以槳葉數(shù)Z或槳葉倍數(shù)，也稱葉頻激勵或

倍葉激勵。它與螺旋槳的制造質(zhì)量無關(guān)，可分為兩類，一是螺旋槳轉(zhuǎn)動時經(jīng)水傳至船體表面

的脈動水壓力，稱為螺旋槳脈動壓力，螺旋槳脈動壓力的產(chǎn)生是因?yàn)檩d荷效應(yīng)和葉厚效應(yīng)。

其大小的影響因素主要是螺旋槳葉梢與尾殼板之間的間隙的大小及螺旋槳的葉數(shù)，它作用的

范圍主要是螺旋槳正上方的外板，其船體沿表面的積分值稱為表面力；二是螺旋槳在船后工

作時，由于伴流在周向分布的不均勻性，使作用在槳葉上的流體力發(fā)生變化而引起激振力，

因它通過槳軸和軸承作用于船體故稱軸承力。

23、主機(jī)不平衡力和力矩

主機(jī)是往復(fù)式運(yùn)動機(jī)械，因此存在著不平衡力和力矩。作用在船體上的激振力主要有兩種：

一是運(yùn)動部件的慣性力產(chǎn)生的不平衡力和力矩；二是氣缸內(nèi)氣體爆炸壓力產(chǎn)生的對氣缸側(cè)壁

的側(cè)向壓力和傾覆力矩。

24、強(qiáng)迫振動的因素

強(qiáng)迫振動，不論對總體或局部結(jié)構(gòu)，其振動大小除和激振力大小有關(guān)外還和結(jié)構(gòu)本身的剛度、

質(zhì)量和阻尼有關(guān)，其中以剛度影響最大，剛度小者則振動大。

25、船上板的振動特性

船上板是由骨架支持的連續(xù)板，邊界條件，彈性固定，船上板存在初始缺陷，船上有些板單

面或雙面與水接觸，船底外板、甲板等存在中面力，相同尺寸的板固有頻率會不同。

26、減小船體振動的措施

a.防止共振。應(yīng)使船體結(jié)構(gòu)的固有頻率與激勵頻率保持一定的差距即使船體結(jié)構(gòu)具有一定

的頻率儲備。

b.尾型與螺旋槳。使螺旋槳來流和去流暢順盡可能避免渦旋的形成使伴流盡可能均勻。

單槳船U型尾的軸向伴流較V型尾均勻球型尾和開式尾間隙大伴流變化小脈動壓力小

推力系數(shù)高。

c.柴油機(jī)及其減振。柴油機(jī)是引起船體振動的主要激勵源之一。在滿足功率、轉(zhuǎn)速、尺寸、

質(zhì)量等指標(biāo)的情下應(yīng)注意選擇具有較小不平衡力和不平衡力矩的柴油機(jī)作為主機(jī)。柴油機(jī)

的缸數(shù)越多其一般平衡性就好。選擇主機(jī)還要考慮是否與船體發(fā)生低階共振的可能性尤

其應(yīng)避免在主機(jī)常用轉(zhuǎn)速下的低階共振問題。近年來隨