【摘要】：郵輪對操縱性和振動噪音有嚴格的要求,目前普遍采用吊艙推進器。推進器艙位于螺旋槳正上方,是船體局部振動集中的區(qū)域。針對吊艙推進器可定量分析其激勵力,并通過改進推進器艙結構降低結構振動,改善振動傳遞。目前工程上主要通過錯開激勵力頻率與船體結構固有頻率降低結構振動,船體振動傳遞特性主要應用計算傳遞函數(shù)的方法,針對結構振動的優(yōu)化也以經(jīng)驗方法為主。因此,本文首先對吊艙推進器與主船體進行耦合振動計算研究,并運用3種方法進行了傳遞特性分析,最終采用結構拓撲優(yōu)化方法降低結構振動響應,在拓撲優(yōu)化計算的基礎上得到振動優(yōu)化設計方案。本文研究內容包括:(1)根據(jù)船體結構圖與總布置圖建立4種尺度范圍的振動計算有限元模型,對不同尺度范圍的模型進行固有頻率計算,分析吊艙推進器與主船體耦合振動效應,選取適合振動響應計算的模型。(2)應用兩種求解器計算振動響應,并確定推進器艙振動響應約束。應用振動響應直接對比的方法和計算傳遞函數(shù)的方法定量分析了振動的傳遞,并運用功率流法對推進器艙結構進行振動傳遞定性分析。(3)在振動響應與傳遞分析的基礎上,建立3個結構動力學拓撲優(yōu)化模型,并應用變密度材料插值模型,以振動速度響應為約束,體積分數(shù)最小為目標進行拓撲優(yōu)化計算,探索插值函數(shù)、不同模型設計區(qū)域對優(yōu)化結果的影響,對比總結得到推進器艙結構設計方案。對優(yōu)化后的設計方案進行響應計算和質量對比,完成推進器艙結構動力學優(yōu)化設計。
【圖文】：

- 9 -圖 2-1 郵輪尾部總布置圖Fig.2-1 The general arrangement layout of cruise’s stern吊艙推進器擁有推進效率高，空間配置靈活、節(jié)省艙容，振動噪音小，機動性高與操縱性優(yōu)良等優(yōu)點。以 Azipod XO2500 全回轉吊艙推進器[30]為例，其安裝特點如圖 2-2 中 a 圖所示，最上層是安裝在船體內的操作室，內部配有電動液壓操作系統(tǒng)，可以對推進器的方向等進行控制；中間是方位模塊，，配有轉向電機和齒輪箱；最下層為推進器模塊，也是吊艙式推進器的主體部分。推進器模塊前段為 5 葉螺旋槳，由電機直接驅動，吊艙推進器與船體相連的部位需要有局部加強結構，依據(jù) LR 船級社規(guī)定，方位模塊四周有輻射狀的強支持結構，并在吊艙推進器周圍設置橫向與縱向的桁材作為支撐，如圖 2-2 中 b 圖所示。在建立有限元模型過程中，應當考慮吊艙推進器質量，并將其附屬機械結構的質量合理施加至船體上。

a) 吊艙推進器布置形式a) The pod arrangementb) 吊艙推進器周圍局部結構b) Local scantling of pod structure圖 2-2 吊艙推進器布置與局部結構Fig.2-2 The arrangement and local scantling of pod2.2 船尾振動特性與頻響計算方法進行船體尾部振動特性計算時，需考慮到舷外水對振動的影響。舷外水對船體的影響有重力影響、阻尼影響和慣性質量影響。重力影響源于船舶的浮力變化，船體垂向振動時，水體類似于船體梁的彈性基座，但重力影響一般較小不計。舷外水的阻尼影響可分為船體與流體摩擦產生的阻尼和表面波與壓力波引起的能量損耗。但這些阻尼難以單獨計算，因此，常用的做法是舷外水引起的阻尼與船體結構內阻尼一起考慮，作為濕模態(tài)下的模態(tài)阻尼。雖然阻尼在不同頻率下是有差異的，但通常在計算中取為一個常數(shù)。慣性質量影響源于舷外水參與船體振動，一部分舷外水與船體一起振動，這部分舷外水質量稱為附連水質量，它與船體本身質量為同一量級，因此不能忽略。附連水質量與船舶的型線、振動階次以及水
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U664.3

【參考文獻】

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本文編號：2606987