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第一章 船舶和船舶系统的振动测量1

1.1导言1

1.2问题的物理现象1

1.3特殊结构件及振动水平2

1.4机械和设备的振动4

1.5每章要旨4

第二章 船舶的主要激振源11

2.1螺旋桨引起的振动11

2.1.1螺旋桨的激振力14

2.1.1.1传递给桨轴的水动力和力矩14

2.1.1.2传递给船体表面的水动力16

2.1.1.3螺旋桨引起的激振力的相对量值18

2.1.2选择参数的准则19

2.1.2.1伴流20

2.1.2.2螺旋桨21

2.1.3对叶频推进压力脉动的估算22

2.1.4容许激振水平的准则24

2.1.4.1船体尾部结构的局部振动24

2.1.4.2上层建筑振动25

2.1.5设计阶段的细节研究27

2.1.6减小船舶在运行中的螺旋桨激振力30

2.1.6.1更改螺旋桨30

2.1.6.2改善伴流30

符号及名称32

2.2机器引起的振动33

2.2.1导言33

2.2.2发动机的力和力矩35

2.2.2.1内力和内力矩36

2.2.2.2导向力/力矩36

2.2.2.3点火脉冲37

2.2.3内外质量力矩的计算37

2.2.4支承力38

2.2.4.1旋转振动38

2.2.4.2扭转振动38

2.2.4.3轴的纵向振动39

2.2.5计算程序所需要的数据符号及名称39

2.3波浪引起的振动40

2.3.1导言40

2.3.2弹动振动40

2.3.3实际考虑41

第三章 船体振动52

3.1船体桁材振动52

3.1.1船体桁材振动的类型52

3.1.2振动参数53

3.1.2.1导言54

3.1.2.2有效质量54

3.1.2.3周围水的附连质量55

3.1.2.4抗弯刚度——有效翼板56

3.1.2.5抗剪刚度56

3.1.2.6转动惯量57

3.1.3船体桁梁的固有频率计算57

3.1.3.1导言57

3.1.3.2计算尺公式58

3.1.3.3变宽度梁模型（通常称为集总的质量模型）61

3.1.3.4有限元模型63

3.1.3.5结果的比较63

3.2双层底振动66

3.2.1机舱里的双层底66

3.2.1.1导言66

3.2.1.2振动的类型66

3.2.2货舱的双层底67

3.2.3结果的比较68

3.3局部船体结构振动69

3.3.1导言69

3.3.2对结构的评论69

3.3.3简单计算70

3.3.4更精确的计算70

附录A.3.1经验的/近似的方法适用于船体振动附连水质量的计算71

A.3.1.1船的垂直振动的附连质量计算72

A.3.2计算船体频率的简单公式75

A.3.2.1 Sohlick公式75

A.3.2.2 Todd公式76

A.3.2.3法国造船研究所（IRCN）公式77

A.3.3抗弯刚度的降低因素78

第四章 船舶上层建筑的振动82

4.1上层建筑的整体振动82

4.1.1导言82

4.1.2测得的上层建筑的响应82

4.1.3对结构的评论和固有频率的估算84

4.1.4共振频率的简单计算87

4.1.4.1概述87

4.1.4.2简单计算方法88

4.1.4.3上层建筑共振计算的举例89

4.1.4.4局限性90

4.1.5共振频率计算的改进91

4.1.5.1概述91

4.1.5.2设计计算举例94

4.1.5.3与测量相关的问题95

4.1.6强迫振动计算96

4.1.6.1螺旋桨力分布的影响96

4.1.6.2上层建筑中的阻尼97

4.1.6.3强迫振动计算的举例98

4.1.6.4与实测响应的相互关系99

4.2上层建筑的局部振动100

4.2.1导言100

4.2.2对结构的评论100

4.2.3共振频率的简单计算101

4.2.3.1板和梁的计算102

4.2.3.2桁材和防挠材的耦合振动102

4.2.3.3正交各向异性板理论103

4.2.3.4设备重量和边界条件103

4.2.4加强面板，正交各向异性板理论104

4.2.5共振频率的有限元计算104

4.2.6强迫振动计算105

附录A.4.1船体桁材和上层建筑的相互作用107

A.4.2共振频率的简单矩阵计算108

第五章 轴系振动112

5.1扭转振动112

5.1.1激励源112

5.1.1.1轴向分量114

5.1.2振动计算115

5.1.2.1计算的数学模型和方法115

5.1.2.2低频振动——不规则的气缸冲击117

5.1.2.3内燃机和螺旋桨的相位118

5.1.2.4瞬态振动119

5.1.3主要参量120

5.1.3.1螺旋桨（附连水，阻尼）120

5.1.3.2曲轴系统121

5.1.3.3内燃机阻尼121

5.1.3.4挠性联轴器121

5.1.3.5液压离合器122

5.1.3.6减速齿轮122

5.1.3.7减振器122

5.1.4结果评估123

5.1.4.1轴应力123

5.1.4.2齿轮123

5.1.4.3挠性联轴器124

5.1.5特殊现象124

5.1.5.1次级共振124

5.1.5.2调速器的影响124

5.1.6实尺研究125

5.1.6.1测量方法125

5.1.6.2预防措施125

5.1.7计算所需的资料126

5.2纵向振动126

5.2.1激励源126

5.2.2振动计算128

5.2.2.1概述128

5.2.2.2计算模型和分析方法128

5.2.3主要参量130

5.2.3.1螺旋桨的附连水130

5.2.3.2曲轴刚度130

5.2.3.3推力轴承的刚度131

5.2.3.4带有扭转振动的联轴器131

5.2.4结果评估131

5.2.5实尺研究132

5.2.5.1预防措施132

5.2.6计算所需的资料与附图133

5.3旋转振动133

5.3.1导言133

5.3.2激励源134

5.3.3振动计算134

5.3.3.1概述134

5.3.3.2计算模型和分析方法135

5.3.4主要参量138

5.3.4.1螺旋桨的附连水138

5.3.4.2陀螺力偶Mg139

5.3.4.3轴承参数139

5.3.4.4阻尼源141

5.3.5结果评估141

5.3.6实尺研究141

5.3.6.1测量结果141

5.3.6.2预防措施142

5.3.7计算所需的资料与附图符号及名称143

第六章 机械设备的减振145

6.1导言145

6.1.1固有频率146

6.2设计考虑147

6.2.1管路连接147

6.2.2联轴器148

6.2.3其它问题150

6.2.4安装方案150

6.3隔振器的性能151

6.3.1蠕变151

6.3.2橡胶性能152

6.3.3刚度153

6.3.4驻波154

6.3.5金属隔振器154

6.4运行影响155

6.4.1通过固有频率时的运行155

6.4.2扭矩的影响156

6.5海上航行时作用于减振装置上的载荷157

6.5.1静力计算157

6.5.2动力计算158

6.6被支承物体的惯性特性161

6.6.1质量惯性矩161

6.6.2质量惯性积161

6.7振动源的隔离162

6.7.1概述162

6.7.2固有频率的估算163

6.7.3振动对称面163

6.7.4支撑的挠性影响165

6.8设备的保护装置167

6.8.1响应函数167

6.9计算所需的数据167

符号及名称168

附录A.6附加说明169

A.6.1自由度169

A.6.2自由振动169

A.6.3强迫振动170

A.6.4固有频率171

第七章 流体系统振动173

7.1管路中的波173

7.1.1导言173

7.1.2流体中扰动的传播速度173

7.1.3管系中的瞬态流动174

7.1.4管系中的驻波177

7.1.5计算所需的资料和图纸179

7.2水舱晃动179

7.2.1导言179

7.2.2晃动激励180

7.2.3固有晃动频率（或周期）180

7.2.4晃动激励的模式182

7.2.4.1横向晃动182

7.2.4.2回转晃动（旋动）182

7.2.4.3垂直晃动182

7.2.5晃动引起的载荷182

7.2.6晃动影响184

7.2.6.1油舱内的晃动184

7.2.6.2散装货船的晃动184

7.2.6.3液化汽船的晃动符号及名称184

第八章 仪器和测量技术185

8.1导言185

8.2船体和上层建筑振动测量185

8.2.1概述185

8.2.2船体桁架振动（弯曲模式）186

8.2.3上层建筑振动（径向模式）186

8.3螺旋桨在船体上产生的压力脉动187

8.4轴系振动测量187

8.4.1扭转振动测量187

8.4.2纵向振动测量187

8.4.3旋转振动测量188

8.5传感器188

8.5.1概述188

8.5.2振动传感器189

8.6信号处理190

8.6.1放大器190

8.6.2测量电桥191

8.6.3记录仪191

8.6.3.1用墨水在纸上记录的记录仪191

8.6.3.2用电流计和紫外线在纸上记录的记录仪192

8.6.3.3磁带记录仪192

8.6.4分析仪192

8.6.4.1概述192

8.6.4.2窄带分析仪192

8.6.4.3宽带分析仪193

8.7船上激振测试应用194

8.7.1概述194

8.7.2激振器类型194

8.7.2.1液压激振器194

8.7.2.2机电激振器194

8.7.2.3电动激振器195

8.7.2.4瞬态激振器/冲击测量195

8.7.3激振输入196

8.7.3.1正弦扫描激振196

8.7.3.2冲击试验196

8.7.4激振试验小结196

8.7.5应用实例197

8.7.5.1上层建筑197

8.7.5.2局部面板197

第九章 关于振动评估指导原则的使用199

9.1导言199

9.2适居性199

9.3人类工程学200

9.4振动评估的原理201

9.4.1振动系统201

9.4.2振动参数201

9.4.3推荐的振动量202

9.4.3.1振动位移202

9.4.3.2振动速度203

9.4.3.3振动加速度203

9.4.4测试设备203

9.4.5标准的形成204

9.5船上振动的评估204

9.5.1船体桁材振动204

9.5.2主要下层结构的振动205

9.5.3局部结构构件的振动206

9.5.4机械振动206

9.5.5轴系振动208

9.5.6设备振动208

9.5.7振动作用对人的影响208

9.5.8振动作用的一般结果210

9.6结束语211

附录A.9振动对人的影响212

A.9.1适用范围和领域212

A.9.1.1振动曝露212

A.9.1.2振动的频率范围212

A.9.1.3振动评价参数212

A.9.1.4响应函数213

A.9.2指导原则213

A.9.2.1对振动的反应213

A.9.2.2对冲击的反应216

参考文献目录217

附录 A 振动系统的分析226

A.1结构动力学导言226

A.1.1总论226

A.1.2判别问题226

A.2单自由度系统227

A.2.1无阻尼的自由振动227

A.2.2有粘性阻尼的自由振动227

A.2.3对数衰减量228

A.2.4无阻尼的强迫振动228

A.2.5有粘性阻尼的强迫振动229

A.2.6阻尼参数231

A.3随机振动232

A.3.1稳态的和各态历经的过程232

A.3.2统计概念232

A.3.3频率响应函数232

A.3.4相干函数234

A.3.5相关分析234

附录 B 固有频率计算公式汇集236

B.1集总质量系统236

B.2梁236

B.2.1简支梁236

B.2.2两端有弹性约束以防旋转的简支梁236

B.2.3中间有一个弹性支座的简支梁237

B.2.4剪切变形对梁频率的影响238

B.2.5轴向载荷的影响238

B.2.6连续梁238

B.2.7浸埋梁240

B.3壳板和嵌板241

B.3.1等厚薄板241

B.3.2简支加筋嵌板243

B.3.3浸埋嵌板244

B.3.4开（切）口的影响245

B.4深桁材（空气中）246

B.4.1总论246

B.4.2基本频率246