船體振動(dòng)學(xué) PPT

1、船體振動(dòng)學(xué)船體振動(dòng)學(xué) Ship Vibration 1 課程內(nèi)容課程內(nèi)容 2 課程目標(biāo)課程目標(biāo) 3 課程基本要求課程基本要求 4 參考教材參考教材 1課程內(nèi)容課程內(nèi)容 本課程由振動(dòng)力學(xué)的基本理論和船體振動(dòng)兩部本課程由振動(dòng)力學(xué)的基本理論和船體振動(dòng)兩部 分組成。分組成。 2課程目標(biāo)課程目標(biāo) 掌握振動(dòng)力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，能夠掌握振動(dòng)力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，能夠 對(duì)單自由度系統(tǒng)、簡(jiǎn)單的多自由度系統(tǒng)和簡(jiǎn)單的對(duì)單自由度系統(tǒng)、簡(jiǎn)單的多自由度系統(tǒng)和簡(jiǎn)單的 彈性梁進(jìn)行自由振動(dòng)的計(jì)算和強(qiáng)迫振動(dòng)的計(jì)算。彈性梁進(jìn)行自由振動(dòng)的計(jì)算和強(qiáng)迫振動(dòng)的計(jì)算。 掌握船體振動(dòng)的實(shí)用計(jì)算方法，能夠?qū)Υw掌握船體振動(dòng)的實(shí)用計(jì)算方

2、法，能夠?qū)Υw 及其局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行自由振動(dòng)的計(jì)算和強(qiáng)迫振動(dòng)的及其局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行自由振動(dòng)的計(jì)算和強(qiáng)迫振動(dòng)的 計(jì)算。計(jì)算。 Ship Vibration 3課程基本要求課程基本要求 （1）掌握無(wú)阻尼和有阻尼單自由度系統(tǒng)自由）掌握無(wú)阻尼和有阻尼單自由度系統(tǒng)自由 振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)的基本理論和計(jì)算方法振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)的基本理論和計(jì)算方法 （2）掌握多自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)）掌握多自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng) 的基本理論和計(jì)算方法的基本理論和計(jì)算方法 （3）掌握彈性梁自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)的基本）掌握彈性梁自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)的基本 理論和計(jì)算方法理論和計(jì)算方法 （4）了解船體總振動(dòng)和局部振動(dòng)的力學(xué)模型）了解船體

3、總振動(dòng)和局部振動(dòng)的力學(xué)模型 的建立和計(jì)算方法的建立和計(jì)算方法 （5）了解船體振動(dòng)產(chǎn)生的原因）了解船體振動(dòng)產(chǎn)生的原因 （6）了解船體振動(dòng)衡準(zhǔn)和防振減振措施）了解船體振動(dòng)衡準(zhǔn)和防振減振措施 Ship Vibration 4參考教材參考教材 翁長(zhǎng)儉，張保玉編。船體振動(dòng)學(xué)，人民交翁長(zhǎng)儉，張保玉編。船體振動(dòng)學(xué)，人民交 通出版社，通出版社，1985。 翁長(zhǎng)儉，張保玉編。船體振動(dòng)學(xué)，大連海翁長(zhǎng)儉，張保玉編。船體振動(dòng)學(xué)，大連海 運(yùn)學(xué)院出版社，運(yùn)學(xué)院出版社，1992。 Ship Vibration 船體振動(dòng)學(xué)船體振動(dòng)學(xué) 第 第0 0章章 緒論緒論 Ship Vibration 0.1 基本概念基本概念 0.2

4、學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的 0.3 振動(dòng)問題的提法振動(dòng)問題的提法 0.4 振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)系統(tǒng) 0.5 振動(dòng)問題的分類振動(dòng)問題的分類 Ship Vibration 0.1 0.1 基本概念基本概念 Ship Vibration Ship Vibration 0.1 0.1 基本概念基本概念 振動(dòng)振動(dòng)：從廣義上講，如果表征某種運(yùn)動(dòng)的物理量：從廣義上講，如果表征某種運(yùn)動(dòng)的物理量 作時(shí)而增大時(shí)而減小的反復(fù)變化，這種運(yùn)動(dòng)就可作時(shí)而增大時(shí)而減小的反復(fù)變化，這種運(yùn)動(dòng)就可 以稱為振動(dòng)。以稱為振動(dòng)。 如果變化的物理量是一些機(jī)械量或力學(xué)量，例如如果變化的物理量是一些機(jī)械量或力學(xué)量，例如 物體的位移、速度、加速度、應(yīng)力及應(yīng)變等

5、等，物體的位移、速度、加速度、應(yīng)力及應(yīng)變等等， 這種振動(dòng)便稱為這種振動(dòng)便稱為機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)。 振動(dòng)是自然界最普遍的現(xiàn)象之一。例如：振動(dòng)是自然界最普遍的現(xiàn)象之一。例如： （1）船舶和飛機(jī)在航行中的振動(dòng)；）船舶和飛機(jī)在航行中的振動(dòng)； （2）橋梁和建筑物在風(fēng)和地震作用下的振動(dòng)；）橋梁和建筑物在風(fēng)和地震作用下的振動(dòng)； （3）機(jī)床和刀具在加工時(shí)的振動(dòng)；）機(jī)床和刀具在加工時(shí)的振動(dòng)； （4）心臟的搏動(dòng)、耳膜和聲帶的振動(dòng)。）心臟的搏動(dòng)、耳膜和聲帶的振動(dòng)。 Ship Vibration 0.1 0.1 基本概念基本概念 各個(gè)不同領(lǐng)域中的振動(dòng)現(xiàn)象雖然各有特色，但往各個(gè)不同領(lǐng)域中的振動(dòng)現(xiàn)象雖然各有特色，但往 往有

6、著相似的數(shù)學(xué)力學(xué)模型。正是在這種共性的往有著相似的數(shù)學(xué)力學(xué)模型。正是在這種共性的 基礎(chǔ)上，有可能建立一種統(tǒng)一的理論來(lái)處理各種基礎(chǔ)上，有可能建立一種統(tǒng)一的理論來(lái)處理各種 振動(dòng)問題。振動(dòng)問題。 振動(dòng)力學(xué)振動(dòng)力學(xué)：借助數(shù)學(xué)、物理、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算技術(shù)，：借助數(shù)學(xué)、物理、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算技術(shù)， 探討各種振動(dòng)現(xiàn)象，闡明振動(dòng)的基本規(guī)律，以便探討各種振動(dòng)現(xiàn)象，闡明振動(dòng)的基本規(guī)律，以便 克服振動(dòng)的消極因素，利用振動(dòng)的積極因素，為克服振動(dòng)的消極因素，利用振動(dòng)的積極因素，為 合理解決各種振動(dòng)問題提供理論依據(jù)。合理解決各種振動(dòng)問題提供理論依據(jù)。 0.2 0.2 學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的 Ship Vibration Ship Vibr

7、ation 0.2 0.2 學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的 許多情況下，振動(dòng)是有害的許多情況下，振動(dòng)是有害的。 振動(dòng)有時(shí)是造成機(jī)械和結(jié)構(gòu)破壞和失效的直接原振動(dòng)有時(shí)是造成機(jī)械和結(jié)構(gòu)破壞和失效的直接原 因。例如：因。例如： 1940年美國(guó)的年美國(guó)的Tacoma Narrows（塔科馬）吊（塔科馬）吊 橋因橋身扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和上下振動(dòng)導(dǎo)致倒塌；橋因橋身扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和上下振動(dòng)導(dǎo)致倒塌； 1958年美國(guó)第一顆人造衛(wèi)星年美國(guó)第一顆人造衛(wèi)星“探險(xiǎn)者探險(xiǎn)者I號(hào)號(hào)”因因 天線的振動(dòng)導(dǎo)致衛(wèi)星自旋運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)天線的振動(dòng)導(dǎo)致衛(wèi)星自旋運(yùn)動(dòng)不穩(wěn) ； 1972年日本海南電廠的一臺(tái)年日本海南電廠的一臺(tái)66萬(wàn)千瓦的氣輪發(fā)萬(wàn)千瓦的氣輪發(fā) 電機(jī)組因異常振動(dòng)導(dǎo)

8、致全機(jī)毀壞；電機(jī)組因異常振動(dòng)導(dǎo)致全機(jī)毀壞； 學(xué)習(xí)振動(dòng)力學(xué)的目的之一學(xué)習(xí)振動(dòng)力學(xué)的目的之一：掌握振動(dòng)的基本理論：掌握振動(dòng)的基本理論 和計(jì)算方法，從而確定和限制振動(dòng)對(duì)工程結(jié)構(gòu)和和計(jì)算方法，從而確定和限制振動(dòng)對(duì)工程結(jié)構(gòu)和 機(jī)械產(chǎn)品的性能、壽命和安全的有害影響。機(jī)械產(chǎn)品的性能、壽命和安全的有害影響。 Ship Vibration 0.2 0.2 學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的 振動(dòng)也有它積極的一方面，是可以利用的振動(dòng)也有它積極的一方面，是可以利用的。 例如：例如： 振動(dòng)是通信、廣播、電視、雷達(dá)等工作的基礎(chǔ)；振動(dòng)是通信、廣播、電視、雷達(dá)等工作的基礎(chǔ)； 工業(yè)用的振動(dòng)篩、振動(dòng)沉樁、振動(dòng)輸送等都是工業(yè)用的振動(dòng)篩、振動(dòng)沉樁、

9、振動(dòng)輸送等都是 利用振動(dòng)利用振動(dòng) 。 學(xué)習(xí)振動(dòng)力學(xué)的目的之二學(xué)習(xí)振動(dòng)力學(xué)的目的之二：利用振動(dòng)理論去創(chuàng)造：利用振動(dòng)理論去創(chuàng)造 和設(shè)計(jì)新型的振動(dòng)設(shè)備、儀器及自動(dòng)化裝置。和設(shè)計(jì)新型的振動(dòng)設(shè)備、儀器及自動(dòng)化裝置。 0.3 0.3 振動(dòng)問題的提法振動(dòng)問題的提法 Ship Vibration Ship Vibration 0.3 0.3 振動(dòng)問題的提法振動(dòng)問題的提法 工程上稱振動(dòng)問題的研究對(duì)象為工程上稱振動(dòng)問題的研究對(duì)象為系統(tǒng)系統(tǒng)，它可以是，它可以是 一個(gè)零部件、一臺(tái)機(jī)器或者一個(gè)完整的工程結(jié)構(gòu)一個(gè)零部件、一臺(tái)機(jī)器或者一個(gè)完整的工程結(jié)構(gòu) 等。等。 外部激振力等因素稱為外部激振力等因素稱為激勵(lì)激勵(lì)（輸入）（輸

10、入） 系統(tǒng)發(fā)生的振動(dòng)稱為系統(tǒng)發(fā)生的振動(dòng)稱為響應(yīng)響應(yīng)（輸出）（輸出） 激勵(lì) （輸入） 響應(yīng) （輸出） 系統(tǒng) Ship Vibration 0.3 0.3 振動(dòng)問題的提法振動(dòng)問題的提法 振動(dòng)問題按這三個(gè)環(huán)節(jié)可分為三類問題振動(dòng)問題按這三個(gè)環(huán)節(jié)可分為三類問題 第一類：已知激勵(lì)和系統(tǒng)，求響應(yīng)；第一類：已知激勵(lì)和系統(tǒng)，求響應(yīng)； 第二類：已知激勵(lì)和響應(yīng)，求系統(tǒng)；第二類：已知激勵(lì)和響應(yīng)，求系統(tǒng)； 第三類：已知系統(tǒng)和響應(yīng)，求激勵(lì)。第三類：已知系統(tǒng)和響應(yīng)，求激勵(lì)。 激勵(lì) （輸入） 響應(yīng) （輸出） 系統(tǒng) Ship Vibration 0.3 0.3 振動(dòng)問題的提法振動(dòng)問題的提法 第一類：已知激勵(lì)和系統(tǒng)，求響應(yīng)第一類

11、：已知激勵(lì)和系統(tǒng)，求響應(yīng) 正問題正問題；動(dòng)力響應(yīng)分析動(dòng)力響應(yīng)分析 主要任務(wù)是驗(yàn)算結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品等在工作時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)主要任務(wù)是驗(yàn)算結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品等在工作時(shí)的動(dòng)力響應(yīng) （如位移、應(yīng)力等）是否滿足預(yù)定的安全要求和其（如位移、應(yīng)力等）是否滿足預(yù)定的安全要求和其 它要求。它要求。 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，對(duì)具體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)驗(yàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，對(duì)具體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)驗(yàn) 算，若不滿足預(yù)定要求再作修改，直到達(dá)到要求而算，若不滿足預(yù)定要求再作修改，直到達(dá)到要求而 最終確定設(shè)計(jì)方案，這一過程就是所謂的最終確定設(shè)計(jì)方案，這一過程就是所謂的振動(dòng)設(shè)計(jì)振動(dòng)設(shè)計(jì)。 激勵(lì) （輸入） 響應(yīng) （輸出） 系統(tǒng)? Ship Vibrati

12、on 0.3 0.3 振動(dòng)問題的提法振動(dòng)問題的提法 第二類：已知激勵(lì)和響應(yīng)，求系統(tǒng)第二類：已知激勵(lì)和響應(yīng)，求系統(tǒng) 第一類逆問題第一類逆問題；系統(tǒng)識(shí)別，系統(tǒng)辨識(shí)系統(tǒng)識(shí)別，系統(tǒng)辨識(shí) 主要任務(wù)是估計(jì)系統(tǒng)的物理參數(shù)（如質(zhì)量、剛度主要任務(wù)是估計(jì)系統(tǒng)的物理參數(shù)（如質(zhì)量、剛度 和阻尼系數(shù)等）和系統(tǒng)振動(dòng)的固有特性（如固有和阻尼系數(shù)等）和系統(tǒng)振動(dòng)的固有特性（如固有 頻率、固有振型等）。頻率、固有振型等）。 以估計(jì)系統(tǒng)的物理參數(shù)為任務(wù)的叫做以估計(jì)系統(tǒng)的物理參數(shù)為任務(wù)的叫做物理參數(shù)辨物理參數(shù)辨 識(shí)識(shí)，以估計(jì)系統(tǒng)振動(dòng)的固有特性為任務(wù)的叫做，以估計(jì)系統(tǒng)振動(dòng)的固有特性為任務(wù)的叫做模模 態(tài)參數(shù)辨識(shí)態(tài)參數(shù)辨識(shí)或者或者試驗(yàn)?zāi)B(tài)

13、分析試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。 激勵(lì) （輸入） 響應(yīng) （輸出） 系統(tǒng)? Ship Vibration 0.3 0.3 振動(dòng)問題的提法振動(dòng)問題的提法 第三類：已知系統(tǒng)和響應(yīng)，求激勵(lì)第三類：已知系統(tǒng)和響應(yīng)，求激勵(lì) 第二類逆問題第二類逆問題；環(huán)境預(yù)測(cè)環(huán)境預(yù)測(cè) 例如：為了避免產(chǎn)品在公路運(yùn)輸中的損壞，需要例如：為了避免產(chǎn)品在公路運(yùn)輸中的損壞，需要 通過實(shí)地開車記錄汽車振動(dòng)和產(chǎn)品振動(dòng)，來(lái)估計(jì)通過實(shí)地開車記錄汽車振動(dòng)和產(chǎn)品振動(dòng)，來(lái)估計(jì) 運(yùn)輸過程中的振動(dòng)環(huán)境是怎樣的，運(yùn)輸過程對(duì)于運(yùn)輸過程中的振動(dòng)環(huán)境是怎樣的，運(yùn)輸過程對(duì)于 產(chǎn)品是怎樣的一種激勵(lì)，這樣才能有根據(jù)的為產(chǎn)產(chǎn)品是怎樣的一種激勵(lì)，這樣才能有根據(jù)的為產(chǎn) 品設(shè)計(jì)可靠的減

14、振包裝。品設(shè)計(jì)可靠的減振包裝。 激勵(lì) （輸入） 響應(yīng) （輸出） 系統(tǒng)? Ship Vibration 0.3 0.3 振動(dòng)問題的提法振動(dòng)問題的提法 上述三類問題基本囊括了現(xiàn)實(shí)振動(dòng)中的所有問題。上述三類問題基本囊括了現(xiàn)實(shí)振動(dòng)中的所有問題。 本課程僅介紹第一類問題。本課程僅介紹第一類問題。 激勵(lì) （輸入） 響應(yīng) （輸出） 系統(tǒng) ? 激勵(lì) （輸入） 響應(yīng) （輸出） 系統(tǒng) ? 激勵(lì) （輸入） 響應(yīng) （輸出） 系統(tǒng) ? 0.4 0.4 振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)系統(tǒng) Ship Vibration Ship Vibration 0.4 0.4 振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)系統(tǒng) 振動(dòng)系統(tǒng)三要素振動(dòng)系統(tǒng)三要素：質(zhì)量，剛度，阻尼。：質(zhì)量，剛

15、度，阻尼。 質(zhì)量（包括轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）是感受慣性的元件，剛度質(zhì)量（包括轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）是感受慣性的元件，剛度 是感受彈性的元件，阻尼是耗能元件。是感受彈性的元件，阻尼是耗能元件。 Ship Vibration 0.4 0.4 振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)系統(tǒng) 振動(dòng)系統(tǒng)一般可分為連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)。振動(dòng)系統(tǒng)一般可分為連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)。 （1）連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)（無(wú)限多自由度系統(tǒng)，分布參數(shù)（無(wú)限多自由度系統(tǒng)，分布參數(shù) 系統(tǒng)）系統(tǒng)） 結(jié)構(gòu)參數(shù)（質(zhì)量，剛度，阻尼等）在空間上連續(xù)結(jié)構(gòu)參數(shù)（質(zhì)量，剛度，阻尼等）在空間上連續(xù) 分布。彈性體是具有無(wú)限多自由度的系統(tǒng)，它的分布。彈性體是具有無(wú)限多自由度的系統(tǒng)，它的 振動(dòng)規(guī)律要用時(shí)間和空間坐

16、標(biāo)的函數(shù)來(lái)描述，其振動(dòng)規(guī)律要用時(shí)間和空間坐標(biāo)的函數(shù)來(lái)描述，其 振動(dòng)方程是振動(dòng)方程是偏微分方程偏微分方程。 （2）離散系統(tǒng)離散系統(tǒng)（多自由度系統(tǒng)）（多自由度系統(tǒng)） 結(jié)構(gòu)參數(shù)為集中參量。所建立的振動(dòng)方程是結(jié)構(gòu)參數(shù)為集中參量。所建立的振動(dòng)方程是常微常微 分方程分方程。 0.5 0.5 振動(dòng)問題的分類振動(dòng)問題的分類 Ship Vibration Ship Vibration 0.5 0.5 振動(dòng)問題的分類振動(dòng)問題的分類 按系統(tǒng)的自由度來(lái)劃分：按系統(tǒng)的自由度來(lái)劃分： （1）單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)單自由度系統(tǒng)的振動(dòng) 具有一個(gè)自由度的系統(tǒng)的振動(dòng)。具有一個(gè)自由度的系統(tǒng)的振動(dòng)。 （2）多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)多自由度系統(tǒng)

17、的振動(dòng) 具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度的系統(tǒng)的振動(dòng)。具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度的系統(tǒng)的振動(dòng)。 （3）連續(xù)系統(tǒng)的振動(dòng)連續(xù)系統(tǒng)的振動(dòng) 連續(xù)彈性體的振動(dòng)。這種系統(tǒng)具有無(wú)窮多個(gè)自由連續(xù)彈性體的振動(dòng)。這種系統(tǒng)具有無(wú)窮多個(gè)自由 度。度。 Ship Vibration 0.5 0.5 振動(dòng)問題的分類振動(dòng)問題的分類 按系統(tǒng)特性或運(yùn)動(dòng)微分方程的類型來(lái)劃分：按系統(tǒng)特性或運(yùn)動(dòng)微分方程的類型來(lái)劃分： （1）線性振動(dòng)線性振動(dòng) 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為線性方程線性方程的振動(dòng)。相應(yīng)的的振動(dòng)。相應(yīng)的 系統(tǒng)稱為系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)。線性振動(dòng)的一個(gè)重要特性是。線性振動(dòng)的一個(gè)重要特性是 線性疊加原理成立線性疊加原理成立

18、。 （2）非線性振動(dòng)非線性振動(dòng) 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為非線性方程非線性方程的振動(dòng)。相應(yīng)的振動(dòng)。相應(yīng) 的系統(tǒng)稱為的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)。對(duì)于非線性振動(dòng)，線性。對(duì)于非線性振動(dòng)，線性 疊加原理不成立。疊加原理不成立。 本課程僅介紹線性振動(dòng)。本課程僅介紹線性振動(dòng)。 Ship Vibration 0.5 0.5 振動(dòng)問題的分類振動(dòng)問題的分類 按激勵(lì)特性來(lái)劃分：按激勵(lì)特性來(lái)劃分： （1）自由振動(dòng)自由振動(dòng) 沒有外部激勵(lì)，或者外部激勵(lì)消失后，系統(tǒng)自身沒有外部激勵(lì)，或者外部激勵(lì)消失后，系統(tǒng)自身 的振動(dòng)。的振動(dòng)。 （2）強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng) 系統(tǒng)在作為時(shí)間函數(shù)的外部激勵(lì)下發(fā)生的振動(dòng)，系統(tǒng)在作為時(shí)間函數(shù)的外部激勵(lì)下發(fā)生的振動(dòng)， 這種外部激勵(lì)不受系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的影響。這種外部激勵(lì)不受系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的影響。 （3）自激振動(dòng)自激振動(dòng) 系統(tǒng)受其自身運(yùn)動(dòng)誘發(fā)出來(lái)的激勵(lì)的作用而產(chǎn)生系統(tǒng)受其自身運(yùn)動(dòng)誘發(fā)出來(lái)的激勵(lì)的作用而產(chǎn)生 和維持的振動(dòng)，例如小提琴發(fā)出的樂聲，飛機(jī)機(jī)和維持的振動(dòng)，例如小提琴發(fā)出的樂聲，飛機(jī)機(jī) 翼的顫振等。翼的顫振等。