摘 要

我国海洋船舶事业发展历史悠久，近年来，国家更是大力发展海洋事业，建设海洋事业强国，海上最主要的交通运输工具就是船舶。十三五期间中国航运事业将会迎来一个新的发展高潮，面对世界航运业的整体不景气，这将是我国航运船舶事业重大的挑战和机遇。

大型化船舶是当今和未来很长时间内研究的重点，也是未来船舶发展的趋势，但是，随着船舶主机功率的增大，及船舶本身重量的轻型化，使用新型材料或减轻船舶构件的截面尺寸等措施，使得船舶振动问题尤为突出。振动不仅降低了船舶的舒适性，而且具有极大的安全隐患，同时威胁着船舶的安全航行。船舶一旦产生严重振动，后果极其可怕，不仅会消耗巨大的财力和物力，还会降低船舶的其他性能，船舶振动测试分析就显得尤为重要了。

本文结合船舶振动原理和特点对船体梁总振动以及船体局部结构和某些设备的振动频率，加速度，速度和振幅等参数的测量和分析。通过实测数据和国标数据进行对比，对产生船舶振动的原因进行一系列分析，最后提出解决船舶振动的措施和缓解船舶振动的意见。

关键词 ：船舶总体振动 固有频率 实船测试

ABSTRACT

China's Marine shipbuilding industry has a long historyofdevelopment,in recentyears,the

state is vigorously developing the Cause of the sea, the construction of marine business power,

themost important traffic at sea is the ship.Thirteen-Five will be China's shipping industry into

a new climax of development, in theface of the world's overall downturn in the shipping

industry, thiswill be China's shipping ship cause of major challenges and opportunities.

Large-scale ships are the focus of research in the present andfuture, but also in order to

develop the trend of ships, but,Withthe increase of ship mainframe power, and the lightweight 

of the weight of the ship itself, the use of new materials or reduce thecross-sectional size of 

ship componentsand other measures, so that theship vibration problem is particularly 

prominent. vibration not only reduces the comfort of the ship, but also has great safety hidden

danger, at the same time threatens the safe navigation of the ship.Once the ship produces serious vibration, the consequences are extremely terrible, not only will consume huge financial and 

material resources, but also reduce the other performanceof the ship, ship vibration test analysis

is particularly important. 

Based on the principle and characteristics of shipvibration, this paper measures the 

Measurement and analysis of the total vibration of hull girder, the local structure of hull and the 

Vibration frequency, acceleration, velocity and amplitude of some equipment. Bycomparing

the measured data with the national standard data, this paper makes a series of analyses on the

causes of ship vibration,andfinallyputs forward some suggestions to solve the vibration of ship

and to relieve the vibration of ships.

KEY WORDS:Overall vibration of the whole ship Intrinsic frequency Sailingboat test

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1本文研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文主要内容 2

第二章 船舶振动的原理 4

2.1船体振动的概述 4

2.2影响船体振动的因素 4

2.2.1船舶的质量 5

2.2.2船梁的刚度 5

2.2.3附连水质量对船体振动的影响 5

2.3船体固有频率的计算 6

2.3.1固有频率的近似计算 6

2.3.2固有频率的详细计算 6

2.4本章小结 7

第三章 船舶不同工况下振动分析 8

3.1振动测试的设备及测点说明 8

3.2不同工况下振动测试分析 8

3.3本章总结 9

第四章 航行船的振动测试 10

4.1船体振动测试 10

4.2测试结果分析 10

4.3结论与建议 16

第五章 船舶结构减振分析 17

5.1减振措施简述 17

5.1.2调频，改变振动系统的固有频率或激励频率，防止共振的产生 18

5.1.3增加阻尼，以消耗振动能量，达到减小振幅的目的 18

5.1.4增加强度，以增强抗振能力； 18

5.1.5运用平衡补偿措施减振 18

5.2船舶减振的小结 19

第六章 论文总结与展望 20

6.1论文研究总结 20

6.2未来期望 20

参考文献 21

致谢 22

第一章 绪论

1.1本文研究背景及意义

振动在我们的生活中随处可见，这也激发了人们对振动的研究，探讨振动产生的原因以及如何缓解振动。船舶运营就会涉及到振动的过程，船舶振动分析研究对船舶动力设备的安全运行十分重要。船舶振动危害主要有使船体结构或者机械设备在应力过大时产生疲劳破坏，影响安全航行，影响船员的居住舒适性和影响船员工作效率，危害身体健康，影响船舶设备，仪表的正常工作，降低使用精度和使用寿命。相对于空运和陆运，海洋运输具有运输量大，费用低廉的优点，但是海洋运输的开销也是一笔不小的数目。在原油价格不断提升的情况下，如果减少原油的损耗，提高利用效率，可以大大降低运营成本，对船舶机械设备维修和更换率降低，可以大大的节省人力和财力。船舶振动也会引发噪音，因此研究船舶振动对船舶使用寿命的延长十分关键，对船舶振动测试分析就显得尤为重要。船舶振动一旦超过可控范围后就会对船舶的结构造成一定的损坏，使得船舶动力设备无法正常工作，这对船员的工作和生活造成巨大的影响。现在很多船舶将主机和螺旋桨进行升级为了满足更困难的环境，特别是金融风暴后，船舶的效率急需提升，对于船舶的航速等有了更加严格的要求，这就要求设计人员必须对船舶的主机和螺旋桨等设备结构进行加强。

船舶振动测试研究经历了三个时期：19世纪80年代，采用往复式蒸汽机快速船和轻型结构船出现强烈振动，引起人们对船舶振动的重视。20世纪上半叶，由于振动理论和船舶结构力学迅速发展，船舶振动的研究也取得了很大的进展，标志着船舶振动学科的发展趋于成熟。21世纪，由于材料变轻，构件尺寸相对减小和航速的提高，船舶振动问题更为突出，有限元方法的发展，电子计算机的应用和测试技术的进步，推动了船舶振动学科的发展。

利用船舶振动测试分析可以减少船舶机械构件以及设备因应力疲劳出现的船舶损坏；可以为船员提供更加舒适的工作环境，提高了船员的工作效率，保护了船员的身体健康；延长了船舶的使用寿命，减少了不必要的损失；有利于船厂对船舶的修理和维护，避免了船舶二次损坏的几率。振动测试的目的在于实验中作一系列的可控制振动模拟，测试产品在在测试过程中是否可以达到承受体承载振动的能力或者在振动环境下产品的精度是否达标，同时也就可以确定产品设计的可靠性。

1.2国内外研究现状

船舶振动是船舶设计建造公司和船员不得不考虑和解决的一个十分重要的问题，因此国际上非常多的船舶设计专家和船舶研究者对船舶振动测试分析做了大量工作和研究，他们对船舶振动进行全面的分析，运用数学的方法对船舶振动进行计算，随着技术的发展很多学者发表了很多船舶振动方面的文章供后来学者研究和学习。国外学者例如，英国的O．希利克发表《关于蒸汽船的振动》，采用梁模型分析船体振动，希利克和其他学者对船体梁的高阶振动、扭振、实船振动测量、测振仪器等方面的问题开展了研究^[3]。Wilken M, Of, G, Cabos C为了方便计算船体在产生振动时附连水的质量，他提供出了一种更有效的方法。A．N．克雷洛夫在彼得堡工业学院讲授“船舶振动”课程，讲述了船舶振动学的研究历程以及产生船体振动的因素^[4]。Y．A．西曼斯基出版《船舶结构动力计算》专著，从工程应用角度提出了船舶振动计算方法，并对船舶结构在短时冲击载荷作用下的动力响应提出了系统的计算方法，这标志着船舶振动学科的发展趋于成熟。G.R.cowper在“Theshear coefficientinTimoshenkobeamtheory”中修改更正了铁木辛柯梁的相关参数，并对剪切系数K的方程式进行了重新的推算，得到了更加完整的新型的计算方程,而且算出梁截面的多种数值解。Son Chool-Yul,Lee,Seoklkim等人对产生流固耦合条件下船体梁产生振动时的情况做了深入研究^[6]。YucelAdil等人介绍了强迫振动响应和船舶固有频率应该怎样利用有限元的方法进行计算，并对将来船舶学术界对船舶振动的分析和研究方向做出了简述。LinTianRan,PanJie 等在叙述船舶振动的相关内容后，通过施加船舶激振力的措施来研究分析频率的响应并最终获得了船体利用相应的减震方法进行船舶改造的研究成果。此外还有 Wilken M, Cabos C等人也对船舶振动的另一个因素即附连水质量对于振动的影响进行全面的研究。EnglishJW研究了高速双体船在螺旋桨激振力下的振动情况。OzsoysalReyhan对近些年有关船舶振动相关的期刊、论文以及学术报告进行了搜集并整理，经过研究之后提出了船舶振动研究的要点^[9]。

我们知道国内对船舶振动的研究起步比国外较晚，而最先拉开船舶振动研究学的序幕的是部分高校和研究院。刘耀顺发表了“船舶振动测试”，提出了用理论不能完全掌握船舶振动特性，需要对实船进行测试研究。翁长俭发表了“对船舶振动测试一文的补正”认为为了能使有关设计，造船和验船单位对船舶振动的测试有正确的理解，因此进行更严格的测试补正有必要的，他觉得船舶振动的补正的意义也很深远^[7]。刘明波等发表了“测量船振动监视与分析系统设计与实现”的文章，李凯等提出了关于振动测试与动力特性推算相关的评估方法，探究了船舶振动在处理中不能进行强迫响应计算时可以采取的有效措施^[10]。付佳等认为我国造船水平不能满足新的标准要求，从而提出了“船舶振动ISO20283-5新标准研究”为我国造船研究提供了满足新的国际造船要求标准^[13]。

1.3本文主要内容

第一章为绪论，主要对船舶振动的背景和意义进行了详细的描述。众多国内外专家学者对船舶振动的研究进行了简述，让我们对船舶振动有了更加全面的了解。

第二章为船舶振动的原理，从船舶整体方面对振动原理进行分析，叙述船舶振动的概念和类别，以及发生船舶振动的原因，综述介绍了近似计算和详细计算船舶振动固有频率的方法。

第三章为船舶在不同工况下的振动测试研究分析，对文章所用的测试方法进行简单介绍，介绍了船舶振动设备在临界值条件和船舶满载货物以及空载工况下振动，并对船舶振动数据进行分析，说明不同工况船舶隔振效果的影响。

第四章为某船进行振动测试分析，主要介绍了测量的相关参数和测量数据，将测量结果与船舶船体振动评价标准图进行对比。然后对船舶振动测试的数据和测试结果分析图进行讨论，最后根据分析结果研究船舶振动是否在要求范围内，并提出相对可靠的措施建议。

第五章为船舶结构减振分析，介绍了船舶减振措施的方法以及原理，然后提出了几种减振方法有减小激励力及其传递；调节频率，改变振动系统的固有频率或激励频率；增加阻尼，以消耗振动能量，达到减小振幅的目的和增加强度，以增强船舶的抗振能力。以此对船舶振动研究进行完善，根据参数计算出强迫振动，并对结果进行对比分析，从而提出最佳的减振措施。

第六章为论文总结和展望，对全文研究内容进行总结并根据研究结论给出自己的建议，和对未来研究的展望。

第二章 船舶振动的原理

2.1船体振动的概述

振动表示机械系统运动的位移、速度、加速度大小相对于其平均值相比，状态随时间重复交替的变化的过程，因此具有一定的时间规律和周期。振动的方式丰富多样，一个振动主要有以下三个基本的要素构成，即相位，振幅和频率，振动幅值表征船舶振动的强度和能量，振幅有三种特征量即振动的位移，速度和加速度。振动每重复发生一次所需的时间称为振动的周期，每秒振动的次数叫做频率，不同的船舶构件，船舶上不同的故障源则会产生不同频率的振动，因此对船舶频率分析是船舶振动判断中的重要方法。振动信号的相位反映的是振动质点的相对位置，不是同一位置的振动源产生的振动信号则有不同相位。假如同一相位的振动能够叠加就会对船舶机械设备的性能产生严重的后果，那么相反的相位是能够相互抵消掉的，从而起到船舶构件减振的作用。

船体本身是由一对对复杂的构件组成，船舶在水上航行，由于自然环境等因素的影响就会产生不同大小的振动，如果振动系统固有频率与激励频率大小相同，则会产生船舶机械共振。对一些船舶机械装置，即使不在共振条件下，由于激励的增大，也会引起船舶设备强烈的振动， 甚至会影响船舶的正常航行。船舶振动的位移、速度和加速度等数据过大会大大增加船舶航行安全事故的概率，因此，这就要求船舶设计人员在设计船舶过程中对船舶各种主机和构件进行严格的选型，以及对船舶材料的选择和装配提出了更高的要求，以此来避免激振力造成船体的振动和振动引起的一系列不安全后果。

船体发生振动的因素十分复杂，船体总振动是一种不可避免的振动，造成这种不可避免的原因有：海上波浪而引起的船舶整体或局部设备发生振动，这种原因导致的振动可能会对船体造成一定的危害，一般都可以通过改变船舶在航行中的速度和航行的方向来减小；由平衡惯性力和力矩及气体压力对气缸壁的侧压力和倾覆力矩而引起主机的振动使船舶最常见一种振动，也是对船舶危害影响最大的一种振动；螺旋桨激励是船舶振动的主要激励之一，这与螺旋桨所处的位置和受水流的不均匀力有关。所以对于大多数船舶来说研究它的振动测试分析是十分必要的。

船体的振动主要有垂直，水平，扭转，纵向四大类，由船舶的构造可知，船体的主梁设计既有与水面平行的也有与水面垂直，所以船舶在航行中就会受风浪影响产生较大的弯曲扭转振动，对于这种扭转振动可以和力的分解一样分解成水平和垂直两个方向上的振动进行研究。

2.2影响船体振动的因素

2.2.1船舶的质量

船舶的总质量一般由船体自身的质量和装载货物的质量两部分组成。装载的货物在船舶由特定的舱室或者容器进行装载，现在讨论的船舶质量受舱室和货物的位置和状态对振动的影响。大部分情况下，货物的质量都会参与到船体振动分析中，这部分质量都会从船舶的相关参数中获得。分析时要考虑固有频率的计算与货物多少和分布情况的关系，当货物与产生振动的固有振型节点的位置越近，则固有频率数值将会越大，当货物与振动波腹越近则固有频率的数值的就会越小。

固有频率仅与船舶的质量和船舶构件的刚度有关系，与初始振动状态及干扰力的大小无关，且主要受质量的影响，即货物质量的位置决定了固有频率的大小。

2.2.2船梁的刚度

船体梁的刚度主要表现在船舶隔振器作用上，在相同的激励频率情况下，隔振器的刚度数值比较小，则隔振的效果就越好，反之则隔振效果就越差。刚度不仅仅决定了整个船舶系统的隔振效果，而且还关系到船舶系统摇摆的大小程度。当船体夹板构件受力不均匀时就会使构件有效宽度发生缩减，这种缩减会使振动谐调数发生改变，则效应也会发生变化，缩减作用主要会出现在船体中部，对首尾端的影响则十分微弱。

在初期设计者会对船舶设计刚度遇到船体梁刚度惯性力矩方面的困难，拥有庞大的计算量。如果惯性力矩的参数属于已知条件，我们就可以采用惯性矩分布的情况计算出固有频率。

2.2.3附连水质量对船体振动的影响

当船体梁发生振动时，在船舶梁附近的水也会随之流动，这部分流动在梁周围的水从而会增大了船体梁的质量，则称其为附连水质量，船体自身的质量和附连水质量之和叫做船舶的虚质量。附连水质量会对船体梁振动产生非常大的影响。主要分为水平方向和垂直方向的影响，垂直即重力影响，船舶在水中航行时，会受到浮力的作用，会发生垂直振动，这个重力影响是可以忽略，但是水平扭转振动重力影响是必须要考虑和分析的。

附连水质量对船舶水平影响即为振动产生惯性力方向的影响，质量发生变化，船舶外面的水由于船体自身的振动从而产生共振作用形成了虚质量。惯性影响体现在参与船体振动的整体质量的变化，相当于其中一部分舷外水和船体产生共振,注意了这些附加水质量对船舶振动的的影响,船体总振动的固有频率就会有显著的下降趋势。

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