主機(jī)拉撐特性對(duì)超大型集裝箱船全船振動(dòng)性能的影響

王佳穎，孫芳勝，萬(wàn)忠

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司，上海 200129)

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主機(jī)拉撐特性對(duì)超大型集裝箱船全船振動(dòng)性能的影響

王佳穎，孫芳勝，萬(wàn)忠

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司，上海 200129)

針對(duì)主機(jī)液壓拉撐2種工作模式和布置方式對(duì)船舶振動(dòng)性能的影響問(wèn)題，以某14 500 TEU集裝箱船實(shí)船設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，采用有限元數(shù)值預(yù)報(bào)方法，進(jìn)行全船結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析。對(duì)4種主機(jī)拉撐布置和工作模式工況下的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，在不同裝載狀態(tài)下，合理切換主機(jī)拉撐的布置以及工作模式，可以有效減小主機(jī)機(jī)架本身和船體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)水平。

振動(dòng)分析；主機(jī)有限元模型；推力軸承力；主機(jī)拉撐；主機(jī)機(jī)架

隨著船舶行業(yè)的不斷發(fā)展，針對(duì)船體結(jié)構(gòu)振動(dòng)新的規(guī)則規(guī)范陸續(xù)生效，2000年12月發(fā)布的ISO6954—2000(E)《機(jī)械振動(dòng)——客船、商船振動(dòng)適居性的測(cè)量、報(bào)告和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》[1]是目前民用船舶的基本技術(shù)規(guī)格要求，而最新的ISO20283-5[2]也在討論制訂當(dāng)中。這些都對(duì)船舶結(jié)構(gòu)抗振設(shè)計(jì)提出了越來(lái)越高的要求。隨著集裝箱船的主尺度和裝箱量越來(lái)越大，其采用的主機(jī)功率、缸數(shù)和機(jī)架尺度也隨之不斷加大。主機(jī)激勵(lì)是導(dǎo)致船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)的重要激勵(lì)因素之一，主機(jī)本身坐落于機(jī)艙雙層底，機(jī)架本身就存在H型、X型和L型3種振型[3]。

主機(jī)機(jī)架的振動(dòng)水平控制和主機(jī)激振力的準(zhǔn)確模擬等是超大型集裝箱船設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。DNVGL船級(jí)社與MAN公司合作在此方面已經(jīng)開(kāi)展了一些理論和實(shí)測(cè)研究。出于商業(yè)利益與技術(shù)保密的緣故，難以獲得其研究的關(guān)鍵技術(shù)資料。目前國(guó)內(nèi)對(duì)主機(jī)拉撐布置與特性對(duì)船體結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響的相關(guān)研究還比較匱乏，而這又在船舶產(chǎn)品設(shè)計(jì)中具有相當(dāng)重要的工程實(shí)踐意義。

全船有限元分析是常用的船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)預(yù)報(bào)方法。有研究提出添加主機(jī)橫撐的設(shè)計(jì)方案，但并未對(duì)拉撐類型的力學(xué)特性進(jìn)行更多的探討，且其主機(jī)機(jī)架的模擬也采用近似假定方法模擬[4]。

考慮以滬東中華造船(集團(tuán))有限公司設(shè)計(jì)建造的14 500 TEU超大型集裝箱船為研究對(duì)象，采用全船有限元振動(dòng)分析方法，研究主機(jī)拉撐工作模式對(duì)超大型集裝箱船全船振動(dòng)性能的影響。基于德國(guó)勞氏船級(jí)社船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析指南(GL Technology Ship Vibration，2001)[5]和ISO6954—2000標(biāo)準(zhǔn)的要求，討論不同主機(jī)拉撐工作模式與布置方式對(duì)全船結(jié)構(gòu)振動(dòng)帶來(lái)的影響。

1 船型信息與分析裝載狀態(tài)選擇

主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 分析船舶主要設(shè)計(jì)參數(shù)

對(duì)于集裝箱船的振動(dòng)分析，既考慮到較淺的吃水狀態(tài)，又兼顧集裝箱裝載的分析特點(diǎn)，結(jié)合技術(shù)規(guī)格書的要求，從裝載手冊(cè)中選擇2個(gè)最為典型的壓載出港和設(shè)計(jì)吃水裝載狀態(tài)。

2 全船有限元模型

采用MSC.PATRAN/NASTRAN軟件建立有限元模型，為了盡可能地減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量控制計(jì)算規(guī)模并減少局部模態(tài)，全船基本采用桁材和強(qiáng)框間距網(wǎng)格尺寸建模。甲板、艙壁、圍壁、肋板和外板等主船體結(jié)構(gòu)均采用4節(jié)點(diǎn)或3節(jié)點(diǎn)板單元模擬，開(kāi)孔視情況按照板厚折減或刪除單元。縱骨和橫向加強(qiáng)筋等，通過(guò)面積與彎曲剛度疊加的方式，偏置于強(qiáng)框交界處并建立等效梁?jiǎn)卧M。作為示例，本船設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)下的全船有限元模型見(jiàn)圖1。

圖1 設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)的有限元模型示意圖(14 t/TEU裝載)

全船質(zhì)量可以分為空船質(zhì)量與裝載質(zhì)量2部分，其中空船質(zhì)量又包含結(jié)構(gòu)質(zhì)量與非結(jié)構(gòu)質(zhì)量(設(shè)備、管系、舾裝件及地板敷料等)。有限元模型按圖紙建立完成后，結(jié)構(gòu)質(zhì)量不需要采用修改密度等方法配重。非結(jié)構(gòu)質(zhì)量中相對(duì)較為集中的質(zhì)量，例如,設(shè)備等，采用集中質(zhì)量單元的方式模擬。非結(jié)構(gòu)質(zhì)量中相對(duì)較為分散的質(zhì)量分布，例如,機(jī)艙管系或者地板敷料等，采用調(diào)整對(duì)應(yīng)區(qū)域的結(jié)構(gòu)材料密度或者添加非結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布參數(shù)的方式模擬。裝載質(zhì)量包括：壓載水、油料以及集裝箱貨物等。采用水密邊界上均布集中質(zhì)量單元來(lái)模擬壓載水和油料等艙室重量。對(duì)于集裝箱貨物質(zhì)量，采用質(zhì)量點(diǎn)單元模擬其大小和重心位置。通過(guò)REB3類型的多點(diǎn)約束(MPC)分配至箱腳坐落的節(jié)點(diǎn)位置，此MPC僅分配質(zhì)量不提供任何結(jié)構(gòu)剛度。質(zhì)量模擬的基本原則是盡可能真實(shí)地模擬質(zhì)量的空間分布，同時(shí)盡可能地避免大質(zhì)量的節(jié)點(diǎn)集中分配，以避免計(jì)算中出現(xiàn)不合理的局部低頻模態(tài)。

全船有限元模型的質(zhì)量與裝載手冊(cè)完全一致，重心位置誤差不超過(guò)1%。

基于流固耦合分析的源匯分布法模擬附連水質(zhì)量，參考NASTRAN中的MFLUID卡片設(shè)置[6]，定義濕表面單元組和吃水高度，考慮不同裝載狀態(tài)下的艏艉吃水縱傾，計(jì)算船體附連水質(zhì)量。

借助區(qū)塊鏈這一全新技術(shù)，我們將電子數(shù)據(jù)的“數(shù)字指紋”存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上，并利用智能合約、分布式存儲(chǔ)、容錯(cuò)編碼、多屬性決策等技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于區(qū)塊鏈的電子數(shù)據(jù)存證系統(tǒng)。系統(tǒng)基于區(qū)塊鏈的去中心化和不可篡改的屬性，保證了電子數(shù)據(jù)的真實(shí)性、完整性和唯一性。此外，本系統(tǒng)針對(duì)用戶還制訂了積分制度，以保證系統(tǒng)能吸引更多用戶，繼而提高本存證系統(tǒng)的可靠性。

3 主機(jī)及其拉撐有限元模型

為保證主機(jī)與雙層底之間耦合模態(tài)的計(jì)算準(zhǔn)確性，使得主機(jī)的激振載荷能夠準(zhǔn)確傳遞給船體結(jié)構(gòu)，計(jì)算主機(jī)機(jī)架的模擬和質(zhì)量分配完全參照主機(jī)廠家所提供的信息建立有限元模型。為了更好地模擬主機(jī)及其周圍結(jié)構(gòu)，機(jī)艙雙層底區(qū)域結(jié)構(gòu)采用縱骨間距的網(wǎng)格尺寸建立有限元模型。

主機(jī)拉撐采用剛固MPC與梁?jiǎn)卧慕M合形式模擬。當(dāng)主機(jī)拉撐處于主動(dòng)式工作模式時(shí)，根據(jù)拉壓剛度的大小計(jì)算梁?jiǎn)卧牟牧蠈傩耘c截面面積，用以精確模擬其提供的剛度值；當(dāng)主機(jī)拉撐處于被動(dòng)式工作模式時(shí)，主機(jī)拉撐起到提供阻尼的作用，不提供剛度，采用一維阻尼單元進(jìn)行模擬。主機(jī)和艉部有限元模型見(jiàn)圖2。

圖2 主機(jī)和艉部有限元模型示意圖(隱去部分結(jié)構(gòu))

4 振動(dòng)計(jì)算方法

4.1 激振力

1)螺旋槳表面力。采用一種簡(jiǎn)化的工程實(shí)用方法加載螺旋槳表面力，只考慮螺旋槳上方面積約為螺旋槳直徑平方的范圍內(nèi)的螺旋槳脈動(dòng)水壓力。壓強(qiáng)大小參照船模空泡試驗(yàn)的結(jié)果并且結(jié)合公司多年的數(shù)據(jù)積累經(jīng)驗(yàn)，將船體外板的脈動(dòng)水壓力合力集中作用于這一范圍。不同轉(zhuǎn)速下的螺旋槳表面力按轉(zhuǎn)速立方關(guān)系換算。

2)主機(jī)激振力。本船采用的主機(jī)為MAN公司10S90ME-C10.2的機(jī)型，該機(jī)型主機(jī)7階的X型和H型彎矩都相對(duì)較大。計(jì)算考慮了1～10階激振力及每階力之間的相位關(guān)系。不同轉(zhuǎn)速的主機(jī)激振力按照轉(zhuǎn)速平方關(guān)系換算。

3)推力軸承。即便是安裝阻尼器，推力軸承在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的縱向振動(dòng)作用力。這里采用軸系軸向振動(dòng)計(jì)算報(bào)告中的推力軸承作用力曲線，加載至推力軸承節(jié)點(diǎn)上。其中，7階推力軸承作用力相對(duì)較大。

4.2 阻尼系數(shù)選取

船體振動(dòng)的總阻尼由外阻尼和內(nèi)阻尼2部分構(gòu)成。船舶的外阻尼包括空氣動(dòng)力阻尼和水動(dòng)力阻尼，內(nèi)阻尼由裝載貨物阻尼和結(jié)構(gòu)阻尼2部分構(gòu)成。船體振動(dòng)的阻尼系數(shù)極為復(fù)雜，難以準(zhǔn)確得到，目前一般采用經(jīng)驗(yàn)的臨界阻尼值來(lái)設(shè)置。真實(shí)的臨界阻尼值隨著頻率的升高而增大，不同船級(jí)社有不同的阻尼推薦值。本船計(jì)算采用GL船級(jí)社推薦的臨界阻尼值，見(jiàn)表2。從表2可見(jiàn)，設(shè)計(jì)吃水的阻尼比壓載吃水的稍大。

表2 計(jì)算所采用的臨界阻尼系數(shù)

注：中間頻率線性插值。

5 振動(dòng)計(jì)算方法

5.1 振動(dòng)模態(tài)計(jì)算結(jié)果

采用Lanzos法進(jìn)行大模型的模態(tài)分析，得到壓載和設(shè)計(jì)吃水下的各階模態(tài)和對(duì)應(yīng)頻率。主機(jī)拉撐的布置和工作模式對(duì)船體總振動(dòng)模態(tài)及其頻率并無(wú)影響。表3給出了14 500 TEU集裝箱船的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)和對(duì)應(yīng)頻率值。由表3可見(jiàn)，由于集裝箱船的全船大開(kāi)口設(shè)計(jì)，其扭轉(zhuǎn)剛度較弱，因此其第一階為扭轉(zhuǎn)模態(tài)。

表3 14 500 TEU集裝箱船的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)和對(duì)應(yīng)頻率值

5.2 受迫振動(dòng)計(jì)算結(jié)果

以下分析基于主機(jī)拉撐單側(cè)布置6根且處于主動(dòng)式工作模式下工作的受迫振動(dòng)計(jì)算結(jié)果。

受迫振動(dòng)的分析預(yù)報(bào)選點(diǎn)和衡準(zhǔn)是振動(dòng)預(yù)報(bào)的關(guān)鍵，需要全面評(píng)估全船各個(gè)敏感位置，例如，上層建筑各層的船員房艙、工作處所、機(jī)艙集控室、上層建筑頂部、上層建筑兩翼、機(jī)艙棚頂部、艉部中心點(diǎn)和舷側(cè)、集控室，以及主機(jī)機(jī)架等位置。在實(shí)船設(shè)計(jì)中，必須校核以上所有位置。限于篇幅，重點(diǎn)以上層建筑右翼橋(1號(hào)點(diǎn))、主機(jī)機(jī)架頂部前端(2號(hào)點(diǎn))及煙囪頂部(3號(hào)點(diǎn))說(shuō)明計(jì)算受迫振動(dòng)水平。

上層建筑右翼橋在ISO6954—2000(E)標(biāo)準(zhǔn)中并無(wú)明確定義，故保守采用工作處所的C類區(qū)域要求作為1號(hào)點(diǎn)的振動(dòng)參考衡準(zhǔn)。圖3給出了壓載出港和設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)下的上層建筑右翼橋(點(diǎn)1)ISO6954—2000的頻譜加權(quán)值隨轉(zhuǎn)速變化的計(jì)算結(jié)果。由圖3可見(jiàn)，上層建筑右翼橋能夠滿足ISO6954—2000的工作處所的適居性要求，其在壓載出港狀態(tài)的振動(dòng)水平比設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)的高，但在各個(gè)軸系轉(zhuǎn)速下仍能夠滿足8 mm/s的上限要求。

圖3 上層建筑右翼橋(點(diǎn)1)ISO6954—2000頻譜加權(quán)值結(jié)果

主機(jī)機(jī)架的振動(dòng)水平需要控制在一定的范圍內(nèi)，以確保主機(jī)本身長(zhǎng)期運(yùn)作下的結(jié)構(gòu)安全。按照公司與主機(jī)廠家的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，主機(jī)機(jī)架受迫振動(dòng)的速度響應(yīng)極值需控制在25～50 mm/s以下。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，造成主機(jī)本身振動(dòng)響應(yīng)最大的激振力成分為主機(jī)7階與推力軸承7階。圖4給出了壓載狀態(tài)下的主機(jī)機(jī)架頂部前端(2號(hào)點(diǎn))在主機(jī)7階和推力軸承7階作用下的受迫振動(dòng)頻響隨轉(zhuǎn)速變化曲線。由圖4可見(jiàn)，主機(jī)機(jī)架的振動(dòng)響應(yīng)速度水平(9.05 mm/s，船長(zhǎng)方向)能夠滿足主機(jī)廠商的要求。

圖4 壓載狀態(tài)下主機(jī)機(jī)架頂部前端(2號(hào)點(diǎn))受迫振動(dòng)頻響隨轉(zhuǎn)速的變化

本船為典型的雙島式大型集裝箱船設(shè)計(jì)，煙囪結(jié)構(gòu)較高、剛度弱且靠近艉部和機(jī)艙激振源。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本船的最大結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)即發(fā)生在煙囪頂部(3號(hào)點(diǎn))。煙囪最大振動(dòng)響應(yīng)由壓載狀態(tài)下的推力軸承4階(14.22 mm/s，船長(zhǎng)方向)及設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)下的主機(jī)7階(10.82 mm/s，船寬方向)激振力引起，見(jiàn)圖5。

圖5 煙囪頂部(3號(hào)點(diǎn))受迫振動(dòng)頻響隨轉(zhuǎn)速的變化

參考美國(guó)船級(jí)社船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)計(jì)算指南[7]，煙囪不屬于工作處所且無(wú)人員長(zhǎng)期滯留，最大振動(dòng)響應(yīng)峰值控制在30 mm/s內(nèi)可滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。本船煙囪頂部可以滿足以上要求。

6 拉撐布置優(yōu)化和工作模式變化

在實(shí)船設(shè)計(jì)中，由于需要兼顧主機(jī)維修平臺(tái)的設(shè)置，因此10缸主機(jī)的拉撐通常統(tǒng)一布置在單側(cè)。針對(duì)主機(jī)拉撐的布置優(yōu)化和工作模式變化對(duì)船體結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響水平的影響，對(duì)4種主機(jī)拉撐的布置和工作模式工況進(jìn)行計(jì)算分析，見(jiàn)表4。

第5節(jié)的計(jì)算結(jié)果即為表4中的拉撐布置狀態(tài)1。其余3種拉撐布置狀態(tài)也按相同方法開(kāi)展計(jì)算。主機(jī)拉撐的布置與工作模式會(huì)改變主機(jī)與雙層底之間的耦合頻率，也會(huì)改變主機(jī)激振力載荷對(duì)船體結(jié)構(gòu)的傳遞路徑，繼而影響船體振動(dòng)響應(yīng)。4種拉撐設(shè)計(jì)狀態(tài)的主機(jī)振動(dòng)模態(tài)計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表5。

表4 主機(jī)拉撐的布置和工作模式研究工況

表5 4種拉撐設(shè)計(jì)狀態(tài)的主機(jī)振動(dòng)模態(tài)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由表5可見(jiàn)：①當(dāng)主機(jī)橫向拉撐為主動(dòng)式工作模式時(shí)，能夠?qū)χ鳈C(jī)機(jī)架提供橫向剛度，提升主機(jī)機(jī)架與雙層底H型耦合振動(dòng)模態(tài)的頻率；②當(dāng)主機(jī)橫向拉撐為被動(dòng)式工作模式時(shí)，僅對(duì)主機(jī)機(jī)架提供阻尼作用，其設(shè)置根數(shù)對(duì)主機(jī)機(jī)架與雙層底H型耦合振動(dòng)模態(tài)的頻率無(wú)影響；③主機(jī)橫向拉撐的設(shè)置不會(huì)改變主機(jī)L型振動(dòng)模態(tài)頻率。

上層建筑右翼橋(1號(hào)點(diǎn))在4種拉撐布置狀態(tài)下的受迫振動(dòng)計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表6。對(duì)于上層建筑右翼橋(1號(hào)點(diǎn))，其壓載狀態(tài)下的頻響最大峰值均由推力軸承3階激振導(dǎo)致，發(fā)生在船長(zhǎng)方向，主機(jī)處于59 r/min；裝載設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)下的頻響最大峰值均由主機(jī)7階激振導(dǎo)致，發(fā)生在船長(zhǎng)方向，主機(jī)處于56 r/min。

表6 上層建筑右翼橋(1號(hào)點(diǎn))在4種拉撐布置狀態(tài)下的受迫振動(dòng)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

對(duì)于主機(jī)機(jī)架頂部前端(2號(hào)點(diǎn))，其在壓載狀態(tài)下的頻響最大峰值均由推力軸承7階激振導(dǎo)致，發(fā)生在船長(zhǎng)方向；在裝載設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)下的頻響最大峰值均由主機(jī)7階激振導(dǎo)致，發(fā)生在船寬方向。2號(hào)點(diǎn)在4種拉撐布置設(shè)計(jì)狀態(tài)下的頻響計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖6。

圖6 主機(jī)機(jī)架頂部前端(2號(hào)點(diǎn))在4種拉撐布置設(shè)計(jì)狀態(tài)下的頻響計(jì)算結(jié)果對(duì)比曲線

對(duì)于煙囪頂部(3號(hào)點(diǎn))，其在壓載狀態(tài)下的頻響最大峰值均由推力軸承4階激振導(dǎo)致，發(fā)生在船長(zhǎng)方向；在裝載設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)下的頻響最大峰值均由主機(jī)7階激振導(dǎo)致，發(fā)生在船寬方向。3號(hào)點(diǎn)在4種拉撐布置設(shè)計(jì)狀態(tài)下的頻響結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖7。

圖7 煙囪頂部(3號(hào)點(diǎn))在4種拉撐布置設(shè)計(jì)狀態(tài)下的頻響計(jì)算結(jié)果對(duì)比曲線

從表6、圖6和圖7可以看到：

1)橫向拉撐的設(shè)置可以改變由主機(jī)H型和X型彎矩激振導(dǎo)致的振動(dòng)水平，當(dāng)主機(jī)橫向拉撐處于被動(dòng)式工作模式時(shí)，可以明顯減小壓載狀態(tài)下1號(hào)點(diǎn)的振動(dòng)水平。

2)主機(jī)拉撐的工作模式并不會(huì)改變遠(yuǎn)離主機(jī)的上層建筑右翼橋(1號(hào)點(diǎn))的頻響最大峰值發(fā)生的頻率以及對(duì)應(yīng)激振源。

3)裝載設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)下的主要頻響由推力軸承3階激振力引起，橫向拉撐并不能改變主機(jī)縱向振動(dòng)模態(tài)以及垂向彎矩載荷傳遞路徑，主機(jī)垂向彎矩和推力軸承縱向載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)(如點(diǎn)1在裝載設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)的加權(quán)值和峰值，點(diǎn)2和點(diǎn)3在壓載狀態(tài)下的船長(zhǎng)方向振動(dòng)頻響)，都較為接近。

4)主機(jī)拉撐的設(shè)置和工作模式可以很大地改變主機(jī)機(jī)架本身的振動(dòng)響應(yīng)水平，從圖6b)中發(fā)現(xiàn)，主機(jī)轉(zhuǎn)速73 r/min是一個(gè)臨界點(diǎn)。在裝載設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)下，當(dāng)小于此臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，主機(jī)拉撐處于被動(dòng)式時(shí)主機(jī)機(jī)架的振動(dòng)響應(yīng)較小，反之則主動(dòng)式更為有利。針對(duì)不同裝載狀態(tài)，通過(guò)主機(jī)拉撐工作模式在不同轉(zhuǎn)速下的合理切換，可以最大程度地減小主機(jī)機(jī)架本身和船體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)水平。

7 結(jié)論

1)主機(jī)橫向拉撐的設(shè)置和工作模式可以很大地改變主機(jī)機(jī)架本身的振動(dòng)響應(yīng)水平，并且影響船體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)水平。在不同裝載狀態(tài)下，通過(guò)主機(jī)拉撐的布置設(shè)計(jì)以及工作模式的合理切換，可以有效減小主機(jī)機(jī)架本身和船體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)水平，這或許是一種可行的控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)水平工程實(shí)踐思路。

2)本船在主機(jī)拉撐布置實(shí)際設(shè)計(jì)中，經(jīng)主機(jī)廠家的推薦采用了右側(cè)6根拉撐的方案。相關(guān)實(shí)船目前處于建造階段，后續(xù)在試航過(guò)程中的拉撐根數(shù)選擇、相關(guān)工作模式設(shè)置切換以及結(jié)構(gòu)振動(dòng)水平的測(cè)試情況，應(yīng)做進(jìn)一步跟蹤，以驗(yàn)證文中振動(dòng)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

3)隨著未來(lái)ISO/DIS 20283-5可能的生效實(shí)施，船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)水平的控制顯得越來(lái)越重要且難度加大，關(guān)系到船舶產(chǎn)品的順利交付。在船舶建造試航階段，通過(guò)主機(jī)拉撐使用方法的優(yōu)化以減少船舶振動(dòng)水平，具有良好的工程實(shí)踐性、經(jīng)濟(jì)性和可行性。

4)面對(duì)日益提高的振動(dòng)水平設(shè)計(jì)要求，為增強(qiáng)我國(guó)船舶產(chǎn)品的抗振設(shè)計(jì)水平以及技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，建議國(guó)內(nèi)主機(jī)制造廠商與船廠開(kāi)展更深入的技術(shù)合作，對(duì)主機(jī)拉撐特性參數(shù)以及布置方式等，開(kāi)展更多更深入的理論和實(shí)測(cè)研究。

[1] ISO. Mechanical vibration-Guidelines for the measurement, reporting and evaluation of vibration with regard to habitability on passenger and merchant ships [S]. ISO 6954:2000(E), 2000.

[2] ISO. Mechanical vibration - Guidelines for the measurement, reporting and evaluation of vibration with regard to habitability on passenger and merchant ships [S]. ISO/DIS 20283-5(Draft), 2016.

[3] 金咸定，夏麗娟.船體振動(dòng)學(xué)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2011.

[4] 張新偉,吳小康,陸利平.40萬(wàn)t礦砂船全船和局部振動(dòng)研究[J]. 中國(guó)造船,2011,52(1):26-38.

[5] GL. GL Technology Ship Vibration[S]. GL， 2001.

[6] MSC. MSC Nastran 2012 Quick Reference Guide [M]. Santa Ana, 2011.

[7] ABS. ABS Ship Vibration Analysis Procedure Guide[S]. ABS, 2005.

On Influence of Top Bracing on the Global Vibration of Ultra Large Container Ship

WANG Jia-ying, SUN Fang-sheng, WAN Zhong

(Hudong-Zhonghua Shipbuilding (Group) Co. Ltd, Shanghai 200129, China)

In order to study on the effects of top bracing on the global vibration of ultra large container ship, the global structural vibration analysis of 14 500 TEU container ship was carried out by finite-element method. The forced vibration results of four top bracing arrangements and designs were calculated. The vibration levels of hull structure and engine frame can be effectively reduced by reasonable mode switch of top bracings in different loading conditions.

vibration analysis; main engine FE model; trust bearing force; top bracing; engine frame

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.04.012

2016-12-17

工信部專項(xiàng)(Z1601E01)

王佳穎(1983—)，男，博士，高級(jí)工程師

研究方向：船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

U661.44

A

1671-7953(2017)04-0055-06

修回日期：2017-02-15