本文關鍵詞：船體振動固有特性及螺旋槳脈動壓力預報方法

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【摘要】：船舶是進行水上運輸和海洋開發(fā)的重要工具,船舶在航行過程中總會受到主機、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備的正常使用。為了避免船舶發(fā)生有害振動,需要在設計階段較準確地預報船體結(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報及螺旋槳脈動壓力預報進行研究,論文主要完成以下幾部分工作：1)對船舶結(jié)構(gòu)上的設備建模方法進行研究,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)上的設備,通過對幾種常用模型的分析,在桿模型的基礎上利用剛度等效法提出了一種較為實用的等效模型。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備對局部振動固有頻率影響系數(shù)計算公式可以較準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報進行了系統(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報公式,重點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,可以應用智能方法預測船體振動固有頻率。支持向量機(Support Vector Machine, SVM)與其它智能方法相比具有小樣本學習、全局尋優(yōu)和泛化能力強等特點,能較好的解決小樣本和非線性等實際問題。本文應用SVM對船舶上層建筑整體縱向振動固有頻率進行預測,取得了比較好的預測效果,為船舶上層建筑整體縱向振動固有頻率預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報,提出了一種新的船舶總體垂向振動固有頻率預報公式。以Timoshenko梁理論為基礎,引入剪切系數(shù)來修正剪力均勻分布假設,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報提供了一種新方法。應用SVM對船舶總體垂向振動固有頻率進行預測,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聯(lián)模型,通過計算各參數(shù)的灰關聯(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�。粚㈥P聯(lián)度大的參數(shù)作為SVM的輸入數(shù)據(jù),取得了比較好的預測效果,為船舶總體垂向振動固有頻率預報提供了一種新思路。4)采用CFD方法對螺旋槳誘導的船體表面脈動壓力進行預報。對船體和螺旋槳進行整體建模,基于Workbench平臺進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的船尾脈動壓力幅值與試驗值進行比較,兩者結(jié)果較為接近,采用CFD方法可以較準確地預報螺旋槳誘導的船體表面脈動壓力。船體振動預報涉及到結(jié)構(gòu)動力學、彈性力學和流體力學等多個學科領域的交叉,本文對船體振動預報進行了較系統(tǒng)地研究,為船體振動固有頻率預報提供了一些新方法和新思路。
【關鍵詞】：船體振動 垂向振動 上層建筑 固有頻率 支持向量機 灰關聯(lián)分析 螺旋槳脈動壓力
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：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)外相關研究進展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 相關理論基礎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 支持向量機基本理論50-55
• 2.3.1 支持向量機分類原理50-53
• 2.3.2 支持向量機回歸原理53-55
• 2.4 灰關聯(lián)理論55-58
• 2.4.1 灰關聯(lián)算子集55-56
• 2.4.2 灰關聯(lián)公理及灰關聯(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報59-101
• 3.1 引言59-60
• 3.2 船體局部振動分析中對設備的處理方法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)驗公式105-107
• 4.3.2 等直梁彎曲振動固有頻率計算公式推導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 基于灰關聯(lián)分析和SVM的船舶總體垂向振動固有頻率預報114-121
• 4.4.1 船舶參數(shù)的灰關聯(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 螺旋槳誘導的船體表面脈動壓力預報123-146
• 5.1 引言123
• 5.2 螺旋槳誘導的脈動壓力計算方法123-128
• 5.2.1 經(jīng)驗公式123-125
• 5.2.2 勢流理論方法125-127
• 5.2.3 試驗方法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)新點摘要147
• 6.3 展望147-149
• 參考文獻149-161
• 攻讀博士學位期間科研項目及科研成果161-163
• 致謝163-164
• 作者簡介164

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本文編號：968095