Силы, вызывающие вибрацию корпуса судна

Силы, вызывающие вибрацию корпуса судна

 

Виды нагрузок, вызывающие вибрацию корпуса судна и его отдельных конструкций

 

Все нагрузки, вызывающие вибрацию корпуса корабля и его отдельных конструкций, целесообразно разделить на четыре вида.

К первому виду отнесем меняющиеся во времени силы, которые появляются вследствие неточностей, допущенных при изготовлении и монтаже судовых механизмов, валопроводов, гребных винтов.

Ко второму виду принадлежат нагрузки, связанные с тем, что гребные винты корабля работают за корпусом и в непосредственной близости от него.

Третий вид нагрузок составляют силы, вызванные воздействием на судно морского волнения.

Наконец, к четвертому виду будем относить различные динамические нагрузки, появляющиеся в специфических условиях эксплуатации судна: при взрывах, ударах о лед, ударах при швартовке и столкновениях и т.п.

Нагрузки, вызванные работой гребных винтов за корпусом

 

Действие нагрузок, связанных с работой гребных винтов за корпусом в непосредственной близости от него, представляет собой наиболее существенную причину вибрации судна.

Винт, работающий за корпусом судна, возбуждает два вида вибрационной нагрузки: нагрузку, передающуюся корпусу через подшипники и непосредственно приложенную к обшивке в виде пульсирующих давлений.

Нагрузка, передающаяся корпусу через подшипники

Неоднородность потока, набегающего на винт, создается вследствие нескольких причин, среди которых важнейшую роль играет так называемый попутный поток.

Осевая V_x (направленная вдоль оси гребного вала) и окружная V_t составляющие скорости регулярной части попутного потока могут быть рассчитаны или измерены с использованием I модельного эксперимента.

Осевую составляющую удобно представить в виде суммы:

 

V_x = v₀ + v_x,

 

где v₀ - скорость судна; v_x - зависящая от координат в плоскости диска винта составляющая осевой скорости.

Пример изменения v_x и V_t за один оборот лопасти двухвинтового судна показан на рис.1.3

Рис 1.3 Пример изменения v_x/ v₀ и V_t/ v₀ за один оборот лопасти.

 

Местная вибрация корабля. Вибрация набора судового корпуса. Свободные колебания однопролётной свободно опёртой балки

 

Расчетная схема

Рис.2.1 Расчётная схема однопролётной свободно опёртой балки.

Исходные данные

 

Длина балки " L", м	Интенсивность веса балки " q" кгс/cм	Модуль упругости материала " Е" МПа	Момент инерции поперечного сечения " I" см4
8.2	0.22	210000	6200

 

Дифференциальное уравнение свободных колебаний упругой системы

 

Учитывая даламберовы силы, дифференциальное уравнение свободных колебаний однопролётной балки имеет вид:

 

 (2.1)

Общее решение колебаний упругой системы

 

 (2.2)

Дифференциальное уравнение для форм главных свободных колебаний призматического стержня

 

 (2.3)

 

где

 (2.4)

 

Общий интеграл дифференциального уравнения для форм главных свободных колебаний

 (2.5)

Граничные условия на свободно опёртых концах балки

 

Граничные условия для рассматриваемого стержня имеют вид:

 

 

Внося сюда выражение (2.2), получаем граничные условия для форм свободных колебаний:

 

 (2.6)

Составление уравнений из условий подчинения граничным условиям на левом и правом концах балки

 

Подчиняя выражение (2.5) граничным условиям (2.6) функции w_k ( х ) при х = 0 и х = L получаем систему линейных однородных алгебраических уравнений относительно неизвестных постоянных A_k, B_k, C_k и D_{/ e}:

 

 (2.7)

Система линейных однородных алгебраических уравнений относительно неизвестных постоянных интегрирования

 

 (2.8)

 

Расчёт и построение форм первых пяти тонов главных свободных колебаний свободно опёртого призматического стержня

 

Рис.2.2 Форма свободных колебаний однопролётной свободно опёртой балки.

 

Расчёт значений частот первых пяти тонов свободных колебаний свободно опёртого призматического стержня с удвоенным по сравнению с заданным значением интенсивности веса балки

 

Вычисление значения интенсивности массы самого призматического стержня с учетом удвоенного, по сравнению с заданным, значением интенсивности веса балки, а именно:

 

 

тогда частоты первых пяти тонов свободных колебаний (2.11) будут равны:

 

при k = 1:

при k = 2:

при k = 3:

при k = 4:

при k = 5:

 

Исходные данные для расчёта свободных колебаний гибких пластин

 

Размер пластины " а" м	Размер пластины " в" м	Толщина пластины " h" м	Сжимающее усилие в направлении оси ОX " σ x", МПа	Сжимающее усилие в направлении оси ОY " σ y", МПа	Модуль упругости материала " Е", МПа
0, 95	0, 95	0, 02	1200	400	210000

Исходные данные для исследования колебаний корпуса корабля однопролётной безопорной призматической балки

Длина балки " l", м	Интенсивность веса балки " q", кгс/cм	Модуль упругости материала " Е", МПа	Момент инерции поперечного сечения " I", м4
144	1740	210000	18, 2

 

Исходные данные

 

Длина корпуса " L", м	Интен- сивность веса корпуса " q", кгс/cм	Модуль Упругости материала " Е", МПа	Момент инерции поперечного сечения " I", м4	Ширина корпуса " В", м	Осадка " Т", м	Водоизме- щение " D", 103м3
144	1740	210000	18, 2	19	9, 1	20

Тип судна