對雙體穿浪船船體振動特性研究

張振 謝振

摘 要：雙體穿浪船作為船業制造的關鍵制造的船體，研究其船體的各種特性極為重要。本文主要針對某些非常規的雙體穿浪船的船型特點進行分析，應用整個船的有限元模型進行了有關船體總振動和船體的局部振動的相關計算，從而得到了區別于普通船型的復雜雙體船的振動特點，由此，也提出了有關減少雙體船震動的對策。

關鍵詞：船舶；雙體穿浪船；振動；模型；有限元

引言：

本文主要介紹的雙體穿浪船為鋁質的、輕型高速船，其主要靠噴水來推動前進。并主要由雙下片體、連接上下體的雙支柱和上船體組成。其中的雙下體片深至水面以下，而上船體則既寬敞又高于水面很多。就目前國內外的形式來看，雙體穿浪船的結構過于復雜，對此方面的研究也不多，對其的振動特性研究就更是少之又少，所以必須不斷開發和研究相關數據和結構。

一、相關介紹

由于雙體穿浪船的船體結構的復雜性，所以在重量和吃水比例方面要比一般的、與其相當的常規單體船要更大，極微小的載重量改變都會導致吃水量的明顯變化；雙體穿浪船的配套設備量極大，控制系統極其復雜和繁多；振動特性與常規船體也不盡相同，具有極大差異。為了研究雙體穿浪船的具體振動特性，可以通過大量的雙體穿浪船研究來進行歸類分析，把數據庫中所有可以應用的大數據進行統計，就可得到基本的特性。

基本操作大致為測試船體的長寬和形深，再應用限元計算程序來進行有關的振動計算。在不斷的精密計算時，工作人員可以采用三維立體的有限元模型，通過多種復雜計算可以得到船體垂向或者橫向的固定振動頻率、各個甲板的局部 或整體的結構固有頻率，以及此船體的相應振動模式和形態。

二、有限元模型

（一）船體模型

設計者在設計模型時為了能夠更好地反映出雙體穿浪船的船體振動特性，及總振動和局部振動兩方面，所以在不斷的試驗中建立了三維有限元模型的船體。在不斷的建立模型過程中，工作人員應該對雙體穿浪船的船體具體結構進行全面而詳細的有限元網格的劃分，也應該詳細制作出三維有限元模型的離散圖等。雙體穿浪船的船體各層的甲板、內壁板和外壁板等使用結實的板單元，在船體上的縱桁、橫梁和主要支柱等必須使用梁單元，某些船體上的小構件，如橫骨、縱骨等細小精密的零件就要折算為板厚加入到板單元中。

（二）邊界條件

工作人員在計算船體的總振動的過程中時，雙體穿浪船的船體可以視作是自由懸浮的狀態，相應的具體約束情形與此相符，也就是模型中所有的節點相應的位移或轉角上呈現出自由的狀態。在不斷計算船體的板架局部振動過程里，工作人員要盡量遠離計算的板架船體的某些部位進行剛性的固定，而其余的節點的自由度則應該表現為自由的狀態。

（三）節點質量

設計人員在設計有限元的計算模型時，可以按照實際的真實質量分布，把雙體穿浪船的船體各層甲板的真實質量當成質量均勻分布在不同的相應節點上。其質量分布主要包括這一層甲板的敷料以及其它各種設備等的質量。在各層的甲板結構質量方面，應該由模型按照其質量密度直接通過設計的相關程序自動計算到片體部分的質量。除了船體自身的結構質量和船體的船艙內各種設備等的質量外，工作人員還必須考慮到附連的水質量，并且工作人員必須針對雙體穿浪船的總振動和局部振動的計算工程情況及程度的不同，分別考慮其相對應的附連水的具體水質量。

三、雙體穿浪船的振動特點

（一）船體總振動的固定頻率和模型

工作人員在不斷地應用上述的有限元計算模型中，可以進行垂向的、扭轉的和橫向的船體總振動的相關計算。在船體的垂向及橫向的總振動的固定頻率和典型頻率等方面，可以通過調取數據或查看相關表格即可發現。所以，雙體穿浪船的頻率在進行相關計算后，就不會輕易產生主機激振動下的共振現象。

（二）雙體穿浪船的局部振動固有頻率和模型

在面對雙體穿浪船的船體上的各層甲板的板架結構的局部震動的特點，也可以通過工作人員不斷對上述的有限元模型的計算獲得，還可以通過電子計算機聯網的數據庫中提取。工作人員還可以通過計算得到船體的各板架的固有頻率和典型的局部振動，可以不斷分析和總結出相關的數據。

（三）雙體穿浪船的振動特點

通過對上述的雙體穿浪船的整體有限元的分析可以得知，雙體穿浪船一般會呈現出不同于普通常規船型的復雜特殊的振動特點，還具有扭轉振動或者垂向及橫向的振動，其中的第一諧調的扭轉振動的相對固有頻率是最低的，垂向的振動固定頻率相較于扭轉振動來說較高一些，而橫向的振動固有頻率是其中最高的，并不斷在垂向和橫向的振動中存在很多的不對稱的振動模型。正是因為這些與常規的船型振動特點的不同之處，工作人員才能夠借助雙體穿浪船的有限元計算模型而揭示出來。

（四）減震對策

工作人員為了使雙體穿浪船的振動性能具有更好的特性，各種機械動力裝置的激振力頻率一定要及時避開雙體穿浪船的船體各諧調的傳統固有頻率。對于我國現有的尺度的鋁制船，更應該采用中速和高速的主機，船體的主機和螺旋槳會通過直接連接或者不斷減小齒輪箱連接的速度等方式，甚至使用先進的噴水推進裝置，這樣會使船體影響的振動更加小，由此一來，推進系統就無法激起很大的雙體穿浪船的船體扭轉振動、垂向振動以及橫向振動。

結束語：

隨著社會不斷快速發展，雙體穿浪船近年來也得到了快速發展，船型更加豐富，船體結構也更加復雜，船體的振動性能也逐漸被進一步探明。與傳統的船型相比，雙體穿浪船具有一定的快速性的優勢，在各種方面都有明顯改善?？茖W家可以針對雙體穿浪船的特殊性，準確而快速的預報理論方式來不斷深入研究。相信我們在不斷的研究和創新過程中，雙體穿浪船會得到更進一步的發展壯大，在未來的大海洋時代中發揮越來越重要的作用。

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