摘要：伴随着社会的进步与发展，交通出行方式也是愈发多样化。这几年来船舶发展的速度急剧加快，为人们的出行以及大型物品的运输提供了巨大的方便。然而，可持续发展战略的提出更是使得人们对于船舶的振动产生的一系列问题的关注。
关键词：船舶结构；振动；防范
引言
船舶业的高速发展不仅为人们的外出工具方式增加了一种新的选择，而且更是让人们在出行当中获得了巨大的舒适感，但是，随着船舶的进一步发展，船舶上的一些设备所产生的振动却不断加大，这不仅仅为人们出行舒适度的提高，而且与当前所实施的可持续发展战略相违背，因此必须采取切实有效的措施对船舶的振动这一现象加以解决。
1 船舶振动带来的危害
1.1 船舶振动不利于人的身体健康
传播震动会产生巨大的噪音，人们通过船舶进行出行时，船舶结构通过振动所产生的噪音会对人们带来巨大的负面影响，假使船舶振动越大，那么它所产生的噪音亦会加大，最终导致乘坐者的听力削减，更严重时，也会导致心血管疾病的发生以及神经系统的衰落，同样乘坐者在噪音的环境之下更是无法进行充分的休息，最终导致生理上产生不良的反应，严重者，可能还会诱发心脏病。对于驾驶人员来说，长期的噪音也会不利于他们的驾驶，会使得他们很容易出现疲劳的现象，在对自身带来巨大的危害同时，也可能由于疲劳驾驶，导致一系列安全事故的发生。
1.2 船舶振动影响船舶正常的使用寿命
船舶结构上的振动会对该结构带来一系列的损害，对于机械设备所带来的磨损也是十分巨大的，严重时甚至可能会出现船体裂缝这一巨大的损害事故，最终严重影响着船舶在海洋上航行的安全。其中，在船舶的所有振动结构当中，扭转振动带来的危害是最大的，由于扭转振动所产生的一系列的还是事故也是最多的，为此，当前专家们研究最多的也是扭转振动。同时，当发生扭转振动时，普通情况之下，船上一般不会产生由于振动所带来的不适感，因此，这一振动形式也是我们经常所忽略的，但一旦忽略之后，通常会伴随着重大的海洋事故的发生。同时，更应该明白的是，发动机如果在主临界速度进行运转，那么自由端部分将会带来巨大的齿击。而且有时在出现强共振时，船舶的轴系当中的一些位置只要运行很短的时间就会引起发热，若对此忽视，就易导致断轴断浆事件的发生。
2.船舶振动特性及计算
2.1船舶的振动特性
近一、二十年来，船舶在我国得到了迅速的发展。目前国内营运中的各类船舶，在船体振动方面有两个共同的特点：一是由于自重控制严，故船体结构尺度小，船体刚度较常规船型要弱；二是采用高速机、高速桨，其激励幅值较常规船型大，激励频率又高。故船舶的振动较常规船更为突出，不仅影响旅客的舒适性和船员的工作效率，且较常规船更易在应力过大部位产生疲劳破坏。由于船舶的振动特点，常规船的振动研究成果较难直接用于船舶。船舶由于主机转速高，因而激励频率高，一般不会产生船体低阶总振动共振。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如船长20～35m的单体钢质船舶，计算所得的2节点1阶和3节点2阶船体垂向弯曲振动固有频率一般均小于12Hz，而最低激励频率――轴频在额定转速时都常大于14Hz。因而即使在常用转速下，也不会发生1阶共振，故对船舶振动预报有意义的是2阶和3阶固有频率。而目前工程上常用的迁移矩阵法和一维有限元法，其计算所得的总振动垂向弯曲1阶固频精度较高，3阶计算误差就大。计及流固耦合的三维有限元法计算精度可大大提高，但由于计算准备工作量大，需计算机的容量高，耗机时多，计算费用高等特点，难以在一般工程设计中应用。
2.2船舶的振动计算
为了提高船体总振动高阶固有频率的计算精度，而又不致增加过多的计算工作量，二维总振动计算程序程序固体采用由平面梁元、平面杆元和二维等参元组成的二维有限元模型；流体采用自由表面速度势为零和考虑线性自由表面两种二维流体边界元，应用改进的行列式搜索法解流固耦合振动。经实船测试数据考核，高阶固有频率计算精度，较工程中常用的迁移矩阵法计算结果大为提高。该程序不仅适用于排水或半排水型单体钢质船舶，还可推广用于其它船型。针对船舶结构特点的板梁组合结构振动计算程序固体采用平面应力4节点等参元、空间梁单元和非协调板弯曲单元。附连水质量计算既可应用传统的图谱，也可采用三维流体边界元求解。可用于求各种边界条件下的船体板架以及加筋板的固有频率，还具有从板架振动中识别板模态的功能，避免了人为确定板的边界条件而带来的计算误差。
3.减振及预防措施
振动造成的危害表明，必须尽可能地把振动对船舶的影响减至最低，在造船和营运当中可采取如下的减振或预防措施。
3.1一般性措施
由于螺旋桨产生的激振可以通过改善尾流场和螺旋桨本身的特性使激振力减到最小值，如使尾流场尽可能规则、限制空泡及确保螺旋桨和船体之间的重要间隙不失为最好的办法。
对干海浪引起的激振，可以考虑船舶自身的特性（船舶长度、速度、船首吃水等）与波浪的遭遇周期之间的关系，因这种关系确定了冲荡振动和弹跳振动的大小。可以通过修正航行条件达到改变航速、改变方向，为增加首部吃水而改变压载条件的方法来降低由于冲荡振动引起的激励。对于弹跳振动，只能通过改变船速和（或）方向来改变波浪的遭遇周期或对于压载的船来说改变载荷分布来改变激励的大小。然而，船体梁的垂向惯性弯矩也是一种基本参量，减少这种惯性弯矩会促使海浪引起的振动级增加，一般具有明显的长度和浅吃水的船舶对砰击和冲荡更敏感。在这里特别要注意结构的细则以及纵向应力的集中点，因为冲荡振动和弹跳振动现象由于海浪引起的循环应力增加了疲劳损耗。
3.2对于船舶产生振动部位的固有频率进行转变
通过改变船舶振动部位的原先频率W0，使其与干扰频率W1进行分隔。最终更好的避开产生振动的区域，通过“调频”实现“避振”的目标。原先的频率W0主要是因为各个部位轴承的刚度以及各它们进行转动的惯量起决定作用，通过改变刚度以及惯量都能够实现“调频”的目标。在公式当中，轴段刚度与直径的四次幂成正相关的关系，因此通过增大轴段的直径能够增强各个部位刚度，最终使整个船舶的原先的频率得到提高；通过改变轮船飞轮的惯量，也能够保持单节、双节以及三节原先所具备的频率。只要在船体结构能够允许的情况下，就可通过缩短轴系长度来对轴系刚度进行一系列的转变，最终通过提高原有的频率来实现避振的目标。通过加装弹性联轴节也能够对船舶振动系统的原先所具备的频率进行提高，运用柔软程度高的弹性联轴节能够对原先的频率进行降低，使的共振转速能够远远小于常用的转速时更是加装了更大的承载阻力的弹性联轴节，最终大大降低共振力。
3.3降低共振状态时的力矩和振幅
能够在降低干扰性力矩的情况下，实现降低船舶振动时的力矩以及振动幅度，最终实现“减振”的目标。要想降低干扰性力矩，就必须对船舶各缸的发火次序或者是不断改变振动形状，最终降低振幅的矢量和，以此来实现“减振”的目标。
4.结语
现代化进程的进一步加剧也使得航运业步入了较高速度发展的时代，为了更好的保证船舶能够进行平稳安全的航行，一线的科研人员以及现实的技术操作者应该高度认识并且把握到船舶振动所具备的特点以及规律，在正确认识到船舶振动导致的恶劣后果的基础上，对于船舶的建设和改造予以不断规范，并且对于振动系统进行精确地研究与计算，防患于未然，避免海上事故的发生。
参考文献
[1]赵留平，詹大为，程远胜，刘均.船舶结构优化设计技术研究进展[J].中国舰船研究，2014，（04）：1-10.
[2]孙浩峰.船舶轮机常见的检验问题及对策分析[J].珠江水运，2013，（19）：54-55.
论文作者:谭奔,钟锋敏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：船舶论文; 船体论文; 频率论文; 结构论文; 刚度论文; 力矩论文; 转速论文; 《建筑学研究前沿》2019年5期论文;