对双体穿浪船船体振动特性研究

张振 谢振

摘 要：双体穿浪船作为船业制造的关键制造的船体，研究其船体的各种特性极为重要。本文主要针对某些非常规的双体穿浪船的船型特点进行分析，应用整个船的有限元模型进行了有关船体总振动和船体的局部振动的相关计算，从而得到了区别于普通船型的复杂双体船的振动特点，由此，也提出了有关减少双体船震动的对策。

关键词：船舶；双体穿浪船；振动；模型；有限元

引言：

本文主要介绍的双体穿浪船为铝质的、轻型高速船，其主要靠喷水来推动前进。并主要由双下片体、连接上下体的双支柱和上船体组成。其中的双下体片深至水面以下，而上船体则既宽敞又高于水面很多。就目前国内外的形式来看，双体穿浪船的结构过于复杂，对此方面的研究也不多，对其的振动特性研究就更是少之又少，所以必须不断开发和研究相关数据和结构。

一、相关介绍

由于双体穿浪船的船体结构的复杂性，所以在重量和吃水比例方面要比一般的、与其相当的常规单体船要更大，极微小的载重量改变都会导致吃水量的明显变化；双体穿浪船的配套设备量极大，控制系统极其复杂和繁多；振动特性与常规船体也不尽相同，具有极大差异。为了研究双体穿浪船的具体振动特性，可以通过大量的双体穿浪船研究来进行归类分析，把数据库中所有可以应用的大数据进行统计，就可得到基本的特性。

基本操作大致为测试船体的长宽和形深，再应用限元计算程序来进行有关的振动计算。在不断的精密计算时，工作人员可以采用三维立体的有限元模型，通过多种复杂计算可以得到船体垂向或者横向的固定振动频率、各个甲板的局部 或整体的结构固有频率，以及此船体的相应振动模式和形态。

二、有限元模型

（一）船体模型

设计者在设计模型时为了能够更好地反映出双体穿浪船的船体振动特性，及总振动和局部振动两方面，所以在不断的试验中建立了三维有限元模型的船体。在不断的建立模型过程中，工作人员应该对双体穿浪船的船体具体结构进行全面而详细的有限元网格的划分，也应该详细制作出三维有限元模型的离散图等。双体穿浪船的船体各层的甲板、内壁板和外壁板等使用结实的板单元，在船体上的纵桁、横梁和主要支柱等必须使用梁单元，某些船体上的小构件，如横骨、纵骨等细小精密的零件就要折算为板厚加入到板单元中。

（二）边界条件

工作人员在计算船体的总振动的过程中时，双体穿浪船的船体可以视作是自由悬浮的状态，相应的具体约束情形与此相符，也就是模型中所有的节点相应的位移或转角上呈现出自由的状态。在不断计算船体的板架局部振动过程里，工作人员要尽量远离计算的板架船体的某些部位进行刚性的固定，而其余的节点的自由度则应该表现为自由的状态。

（三）节点质量

设计人员在设计有限元的计算模型时，可以按照实际的真实质量分布，把双体穿浪船的船体各层甲板的真实质量当成质量均匀分布在不同的相应节点上。其质量分布主要包括这一层甲板的敷料以及其它各种设备等的质量。在各层的甲板结构质量方面，应该由模型按照其质量密度直接通过设计的相关程序自动计算到片体部分的质量。除了船体自身的结构质量和船体的船舱内各种设备等的质量外，工作人员还必须考虑到附连的水质量，并且工作人员必须针对双体穿浪船的总振动和局部振动的计算工程情况及程度的不同，分别考虑其相对应的附连水的具体水质量。

三、双体穿浪船的振动特点

（一）船体总振动的固定频率和模型

工作人员在不断地应用上述的有限元计算模型中，可以进行垂向的、扭转的和横向的船体总振动的相关计算。在船体的垂向及横向的总振动的固定频率和典型频率等方面，可以通过调取数据或查看相关表格即可发现。所以，双体穿浪船的频率在进行相关计算后，就不会轻易产生主机激振动下的共振现象。

（二）双体穿浪船的局部振动固有频率和模型

在面对双体穿浪船的船体上的各層甲板的板架结构的局部震动的特点，也可以通过工作人员不断对上述的有限元模型的计算获得，还可以通过电子计算机联网的数据库中提取。工作人员还可以通过计算得到船体的各板架的固有频率和典型的局部振动，可以不断分析和总结出相关的数据。

（三）双体穿浪船的振动特点

通过对上述的双体穿浪船的整体有限元的分析可以得知，双体穿浪船一般会呈现出不同于普通常规船型的复杂特殊的振动特点，还具有扭转振动或者垂向及横向的振动，其中的第一谐调的扭转振动的相对固有频率是最低的，垂向的振动固定频率相较于扭转振动来说较高一些，而横向的振动固有频率是其中最高的，并不断在垂向和横向的振动中存在很多的不对称的振动模型。正是因为这些与常规的船型振动特点的不同之处，工作人员才能够借助双体穿浪船的有限元计算模型而揭示出来。

（四）减震对策

工作人员为了使双体穿浪船的振动性能具有更好的特性，各种机械动力装置的激振力频率一定要及时避开双体穿浪船的船体各谐调的传统固有频率。对于我国现有的尺度的铝制船，更应该采用中速和高速的主机，船体的主机和螺旋桨会通过直接连接或者不断减小齿轮箱连接的速度等方式，甚至使用先进的喷水推进装置，这样会使船体影响的振动更加小，由此一来，推进系统就无法激起很大的双体穿浪船的船体扭转振动、垂向振动以及横向振动。

结束语：

随着社会不断快速发展，双体穿浪船近年来也得到了快速发展，船型更加丰富，船体结构也更加复杂，船体的振动性能也逐渐被进一步探明。与传统的船型相比，双体穿浪船具有一定的快速性的优势，在各种方面都有明显改善。科学家可以针对双体穿浪船的特殊性，准确而快速的预报理论方式来不断深入研究。相信我们在不断的研究和创新过程中，双体穿浪船会得到更进一步的发展壮大，在未来的大海洋时代中发挥越来越重要的作用。

参考文献：

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