船舶机械振动

、船舶工业背景 随着全球经济的快速增长和经济一体化进程的加速，海上运输量迅猛增长，据统计，全球有 90%的货物贸易是通过海上运输完成的，日益繁忙的海上交通以及海上人命、财产、环境等 因素的影响，促使海上运输船舶向大型化、专业化、快速化、自动化发展，使之成为安全高 效的运输工具。二、船舶机械振动的危害及原因1危害(1) 使船体结构或机械部件在应力过大部分产生疲劳破坏，影响航行安全；(2) 影响船员和旅客的居住舒适性，影响船员工作效率，甚至身体健康；(3) 影响船上设备、仪表的正常工作，降低使用精度，缩短使用寿命。2原因和类型 机械振动是一种常见的物理现象。船舶机械振动主要包括周期性激励振动和非周期性激励振 动。其中螺旋桨和主机，它们以不同的转速运转时都将激起周期性激励，使船体发生稳态强 迫振动。而波浪的冲击、火炮发射的后座力，抛锚等引起的激励则是非周期性的 其它激励：船上安装的发电机、电动机、通风机、冷藏装置、空调、舵机、起货机和齿轮箱 等各种机械设备，以及各种管道、泵，在运转时都能产生机械、电磁和流体激励。这些激励 幅值一殷较小，影响范围不大，但其领率分布范围很广。若其中某一激励频率与船体某一结 构固有频率相等或接近，则会激起该结构共振。三、船舶机械振动的控制 根据机械动力学中不同自由度系统的振动将隔振装置分为单层隔振系统和双层隔振系统。 1单层隔振系统 设备与基础(或称基座)之间通过具有较大弹性的隔振元件支撑，设备、基础与具有较大弹性的 隔振元件所组成的系统就称为隔振系统。所谓单层隔振系统就是设备与基座之间只有1 层隔 振元件的隔振系统。单层隔振系统虽然形式简单，但与其他复杂隔振系统一样具备3 种功用：一是当设备本身是 震源时，减小设备的振动和结构噪声向基础的传递；二是当设备不是振源时，减少基础即周 围环境的振动和结构噪声向设备的传递；三是当基础收到较大的冲击作用时，是设备的冲击 响应和冲击加速度处于允许的范围之内，从而保护设备。在初步设计阶段可作为单自由度振动系统考虑，但在技术设计阶段则应将其当做多自由度振 动系统考虑。单层隔振系统简化后，可分为2种情况。图1.1中设备是振源，即质点m上作用有简谐激励 力F (t) =kf (t) =kAcosst,隔振的目的是使系统中传到基础上的力幅与激励力力幅之比即 里的传递率尽量减小，此系统即积极隔振系统。图 1.2所示的情况是，设备本身不是振源，但 基础做简谐运动y (t) =Ycost,隔振的目的是使设备的响应x (t) =Xcos (st- )的幅值 X与基础简谐运动幅值Y之比即运动传递率尽量小，此系统即所谓的消极隔振系统。ffiS-2单展谓械B8振墓统式中系统的无幅尼自燃频率F图1.单展积橇隔振系统积极隔振系统的垢动微分方程为E滋+&3 +虹 = F 将F = kfkt) = Mcoi代入式偽1J)并无理纲化猖 i?)+ 2W(/)H oMcoSar 一 盘; 粘滞阻尼因子或阻尼率n 消极隔振系统的运动微分方程为软Q +2仏左yWJ +屈耳y(D = 0 式(N 1, 2)的稳态解为T(t) =| H(甜)|H3 =A1 一 (型、十i 茨他 1叫丿s甲=NHQw) = tan-2丝 %2.双层隔振系统双层隔振系统与单层隔振系统的主要区别是，采用两层隔振器，并在两层隔振器之间插入一 个中间质量块。系统运动时，中间质量块的惯性力能平衡掉一部分由上层隔振器传来的力， 从而使隔振设备与几座之间的里传递率减小。双层隔振系统可简化为如图1.3所示的无阻尼2自由度系统。作如上简化时假定：激励力F(t) 通过被振设备的质量中心；上、下层隔振器都是对称布置的，其刚度中心、质量中心和几何 中心位于同一条铅垂线上；忽略隔振器的阻尼，将被隔振设备、中间质量块当做质点。无阻 尼2自由度双层隔振系统的个微分方程为：2.9眾层隔振Jg毓miJEi + Ai （：i Fosincyf他云+站（比一広i） += Q