發(fā)布時間：2017-10-04 02:22

  本文關(guān)鍵詞：船體振動固有特性及螺旋槳脈動壓力預(yù)報方法

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【摘要】：船舶是進(jìn)行水上運(yùn)輸和海洋開發(fā)的重要工具,船舶在航行過程中總會受到主機(jī)、螺旋槳和波浪等外界激勵的作用。船體結(jié)構(gòu)在這些激勵的作用下,會發(fā)生不同程度的振動甚至有害振動。過大的振動可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞,影響人員的身體健康和儀表設(shè)備的正常使用。為了避免船舶發(fā)生有害振動,需要在設(shè)計階段較準(zhǔn)確地預(yù)報船體結(jié)構(gòu)的固有頻率及螺旋槳脈動壓力。本文主要針對船體振動固有特性預(yù)報及螺旋槳脈動壓力預(yù)報進(jìn)行研究,論文主要完成以下幾部分工作：1)對船舶結(jié)構(gòu)上的設(shè)備建模方法進(jìn)行研究,分別采用集中質(zhì)量模型、桿模型和空間結(jié)構(gòu)模型來模擬船舶結(jié)構(gòu)上的設(shè)備,通過對幾種常用模型的分析,在桿模型的基礎(chǔ)上利用剛度等效法提出了一種較為實(shí)用的等效模型。參照上層建筑對船舶總體振動固有頻率影響系數(shù)計算公式的形式,給出設(shè)備對船體局部振動固有頻率影響系數(shù)的計算公式。數(shù)值算例結(jié)果表明,采用本文給出的等效模型和設(shè)備對局部振動固有頻率影響系數(shù)計算公式可以較準(zhǔn)確地計算船體局部振動固有頻率。2)對船舶上層建筑整體縱向振動固有頻率預(yù)報進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。首先對船舶上層建筑整體振動有限元建模方法進(jìn)行研究,討論了不同計算模型、邊界條件、附加水質(zhì)量以及裝載情況對上層建筑整體縱向振動固有頻率的影響,對于上層建筑整體振動有限元分析得到了一些有益的結(jié)論,并給出了較為實(shí)用的計算模型�？紤]更多的影響因素,提出了一種新的船舶上層建筑整體縱向振動固有頻率預(yù)報公式,重點(diǎn)研究了上層建筑剛體回轉(zhuǎn)振動固有頻率計算公式中等效剛性系數(shù)的取法,給出了等效剛性系數(shù)曲線；并對剪切振動固有頻率計算公式進(jìn)行了修正,得到考慮彎曲振動影響的修正系數(shù)計算公式。智能方法具有很強(qiáng)的辨識能力,能夠很好的處理不確定性和非線性問題,可以應(yīng)用智能方法預(yù)測船體振動固有頻率。支持向量機(jī)(Support Vector Machine, SVM)與其它智能方法相比具有小樣本學(xué)習(xí)、全局尋優(yōu)和泛化能力強(qiáng)等特點(diǎn),能較好的解決小樣本和非線性等實(shí)際問題。本文應(yīng)用SVM對船舶上層建筑整體縱向振動固有頻率進(jìn)行預(yù)測,取得了比較好的預(yù)測效果,為船舶上層建筑整體縱向振動固有頻率預(yù)報提供了一種新思路。3)對于船舶總體垂向振動固有頻率預(yù)報,提出了一種新的船舶總體垂向振動固有頻率預(yù)報公式。以Timoshenko梁理論為基礎(chǔ),引入剪切系數(shù)來修正剪力均勻分布假設(shè),得到兩端自由等直梁固有頻率計算公式；根據(jù)大量船舶總體垂向振動固有頻率實(shí)測數(shù)據(jù),按照兩端自由等直梁固有頻率計算公式的形式,采用統(tǒng)計分析方法,得到船舶總體垂向振動固有頻率計算公式,為船舶總體垂向振動固有頻率預(yù)報提供了一種新方法。應(yīng)用SVM對船舶總體垂向振動固有頻率進(jìn)行預(yù)測,考慮到影響船舶總體垂向振動固有頻率的參數(shù)較多,利用灰關(guān)聯(lián)分析理論建立船舶主要參數(shù)和垂向振動固有頻率之間的灰關(guān)聯(lián)模型,通過計算各參數(shù)的灰關(guān)聯(lián)度,來確定各參數(shù)對船舶總體垂向振動固有頻率的影響大��；將關(guān)聯(lián)度大的參數(shù)作為SVM的輸入數(shù)據(jù),取得了比較好的預(yù)測效果,為船舶總體垂向振動固有頻率預(yù)報提供了一種新思路。4)采用CFD方法對螺旋槳誘導(dǎo)的船體表面脈動壓力進(jìn)行預(yù)報。對船體和螺旋槳進(jìn)行整體建模,基于Workbench平臺進(jìn)行雙向流固耦合分析,計算得到船體表面脈動壓力幅值。將CFD方法計算得到的螺旋槳誘導(dǎo)的船尾脈動壓力幅值與試驗(yàn)值進(jìn)行比較,兩者結(jié)果較為接近,采用CFD方法可以較準(zhǔn)確地預(yù)報螺旋槳誘導(dǎo)的船體表面脈動壓力。船體振動預(yù)報涉及到結(jié)構(gòu)動力學(xué)、彈性力學(xué)和流體力學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域的交叉,本文對船體振動預(yù)報進(jìn)行了較系統(tǒng)地研究,為船體振動固有頻率預(yù)報提供了一些新方法和新思路。
【關(guān)鍵詞】：船體振動 垂向振動 上層建筑 固有頻率 支持向量機(jī) 灰關(guān)聯(lián)分析 螺旋槳脈動壓力
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U661.44;U664.33
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• CONTENTS11-14
• 圖目錄14-15
• 表目錄15-17
• 主要符號表17-18
• 1 緒論18-32
• 1.1 論文研究工作的背景和意義18-20
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展20-30
• 1.2.1 船體局部振動研究概況20-23
• 1.2.2 船舶總體垂向振動研究概況23-26
• 1.2.3 螺旋槳誘導(dǎo)的船體表面脈動壓力研究概況26-30
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容與章節(jié)安排30-32
• 2 相關(guān)理論基礎(chǔ)32-59
• 2.1 船體振動有限元分析基本理論32-42
• 2.1.1 結(jié)構(gòu)振動方程32-33
• 2.1.2 單元剛度陣33-41
• 2.1.3 單元質(zhì)量陣41-42
• 2.1.4 板梁組合結(jié)構(gòu)42
• 2.2 流固耦合分析基本理論42-50
• 2.2.1 流固耦合分析42-43
• 2.2.2 固體域控制方程43-44
• 2.2.3 流體動力學(xué)控制方程44-46
• 2.2.4 湍流模型46-49
• 2.2.5 空化模型49-50
• 2.3 支持向量機(jī)基本理論50-55
• 2.3.1 支持向量機(jī)分類原理50-53
• 2.3.2 支持向量機(jī)回歸原理53-55
• 2.4 灰關(guān)聯(lián)理論55-58
• 2.4.1 灰關(guān)聯(lián)算子集55-56
• 2.4.2 灰關(guān)聯(lián)公理及灰關(guān)聯(lián)度56-58
• 2.5 本章小結(jié)58-59
• 3 船體局部振動固有頻率預(yù)報59-101
• 3.1 引言59-60
• 3.2 船體局部振動分析中對設(shè)備的處理方法60-70
• 3.2.1 幾種常用的計算模型60-62
• 3.2.2 等效模型62-64
• 3.2.3 設(shè)備對船體局部振動固有頻率影響系數(shù)64-67
• 3.2.4 算例分析67-69
• 3.2.5 小結(jié)69-70
• 3.3 船舶上層建筑整體振動分析三維有限元模型70-77
• 3.3.1 常用的有限元計算模型70-73
• 3.3.2 船舶裝載狀態(tài)和附加水質(zhì)量對縱向振動固有頻率的影響73-74
• 3.3.3 不同模型的修正公式74-76
• 3.3.4 小結(jié)76-77
• 3.4 船舶上層建筑縱向振動固有頻率計算公式77-93
• 3.4.1 常用的經(jīng)驗(yàn)公式78-84
• 3.4.2 船舶上層建筑縱向振動固有頻率計算公式推導(dǎo)84-90
• 3.4.3 算例分析90-92
• 3.4.4 小結(jié)92-93
• 3.5 基于SVM的船舶上層建筑整體縱向振動固有頻率預(yù)報93-99
• 3.5.1 基于SVM的船舶上層建筑整體縱向振動固有頻率回歸模型93-95
• 3.5.2 船舶上層建筑整體縱向振動固有頻率預(yù)測95-99
• 3.5.3 小結(jié)99
• 3.6 本章小結(jié)99-101
• 4 船舶總體垂向振動固有頻率預(yù)報101-123
• 4.1 引言101-102
• 4.2 影響船舶總體振動固有頻率的參數(shù)102-105
• 4.2.1 船舶總體振動的質(zhì)量104-105
• 4.2.2 船體梁的彎曲剛度105
• 4.3 船舶總體垂向振動固有頻率計算公式105-114
• 4.3.1 常用的經(jīng)驗(yàn)公式105-107
• 4.3.2 等直梁彎曲振動固有頻率計算公式推導(dǎo)107-109
• 4.3.3 船舶總體垂向振動固有頻率計算公式109-111
• 4.3.4 算例分析111-113
• 4.3.5 小結(jié)113-114
• 4.4 基于灰關(guān)聯(lián)分析和SVM的船舶總體垂向振動固有頻率預(yù)報114-121
• 4.4.1 船舶參數(shù)的灰關(guān)聯(lián)分析114-116
• 4.4.2 基于SVM的船舶總體垂向振動固有頻率預(yù)測116-121
• 4.4.3 小結(jié)121
• 4.5 本章小結(jié)121-123
• 5 螺旋槳誘導(dǎo)的船體表面脈動壓力預(yù)報123-146
• 5.1 引言123
• 5.2 螺旋槳誘導(dǎo)的脈動壓力計算方法123-128
• 5.2.1 經(jīng)驗(yàn)公式123-125
• 5.2.2 勢流理論方法125-127
• 5.2.3 試驗(yàn)方法127-128
• 5.3 CFD方法128-130
• 5.4 基于雙向流固耦合螺旋槳誘導(dǎo)的船體表面脈動壓力計算130-143
• 5.4.1 計算模型131-133
• 5.4.2 CFD方法計算結(jié)果133-136
• 5.4.3 螺旋槳脈動壓力試驗(yàn)136-137
• 5.4.4 各種方法計算結(jié)果比較137-143
• 5.5 螺旋槳葉頻激勵引起的船體振動響應(yīng)計算143-145
• 5.6 本章小結(jié)145-146
• 6 結(jié)論與展望146-149
• 6.1 結(jié)論146-147
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)摘要147
• 6.3 展望147-149
• 參考文獻(xiàn)149-161
• 攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果161-163
• 致謝163-164
• 作者簡介164

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本文編號：968095