某集装箱船船舱口盖自由振动模态分析【开题报告】.doc

1、毕业论文（设计）开题报告题 目：某集装箱船船舱口盖自由振动模态分析学 院： 船舶与建筑工程学院 学生姓名： 专 业： 船舶与海洋工程 班 级： 指导教师： 起止日期： 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.船舶振动特性的研究现状船舶结构是由杆、梁、板、壳等构件组成的弹性体，船舶板架结构固有频率的预报常用方法有：（1)在方案设计阶段，釆用近似估算公式进行计算，到目前为止已经有了很多的近似估算公式；（2）在详细设计阶段，一般釆用有限元法，有时也釆用三维空间有限元法。船舶振动的研究涉及到船体结构、船型、推进、动力装置等方面；而从学科上来说，它又是涉及到结构为学、流体力学、数学、声学、

2、自动控制理论等领域的-门综合性学科。随着电子计算机的出现，国外在 60 年代末期把有限元法用于船舶振动计算，我国造船界于 70 年代后期将该法引入，与此同时，也编制了迁移矩阵法计算船体振动的程序。在振动计算方面，近年来有限元法发展较快，有很多的单位具备了计算立体舱段的能力。用二维有限元法代替传统的船体梁模型计算船体总振动，近而发展到三维空间有限元法。同时，还建立了一些新的计算法，如模态综合超单元法、综合离散法、分层多重动态子结构法等等，以及建立和讨论在一定条件下的计算。从船舶结构振动计算方法而言有：（1）迁移矩阵法， （2)有限单元法；（3）模态综合法,（4）杂交子结构法；（5）综合离散法等。

3、能量法的基本原理是应用能量守恒定律。瑞利法是将船体结构振动简化为单自由度系统的振动，它是计算弹性系统振动的基础，具体做法是假设振形函数，满足几何的(即端点的位移和转角)边界条件，将船体结构振动系统中最大动能与最大位能相等。迁移矩阵法。船体的振动采用这种方法是较适宜的。它是将整个船体考虑为一根变剖面梁，分成若干段具有均匀刚性、质量分布的等直梁，从微段的微分方程出发，列出剖面的状态参数(包括该处的变形和内力)构成状态矢量，考察各微段结合处的状态矢量在经过一个微段以及结合点处的传递和变化关系，并与船体两端的边界条件相结合，从而得到振动系统的数值解。有限元法。船体结构的有限元计算已经扩展到三维舱段立体

4、结构计算或整艘船舶全部结构的有限元计算，船体各细部可以真实的反映在计算中，使结构计算达到相当的精确和详细程度。对于一些技术密集型船舶、高性能船舶、特种新型船舶，传统的船舶设计规范很难满足其设计需要，有限元方法就成为这类船舶结构设计必不可少的工具经验公式近似估算法。在船舶设计初步阶段，方案比较多，而且不肯定程度大，另外由于技术设计尚未进行，因而详细计算时所需要的一些原始数据，如剖面惯性矩与船舶质量分布还不可能精确地确定下来。所以，在此阶段，无法进行精确的计算，但在初步设计时往往需要船舶前几阶的固有频率。因而，这就霈要一些计箅更为简便的经验公式。这些公式大多数是根据实测资料并参考实船参数归纳求得的

5、。例如 O.Schlick 公式、F.H.Todd 等可用来估算。2有限元法在船舶舱口盖（板梁结构）振动计算中的应用有限元法也称有限单元法或有限元素法，是计算机辅助工程 CAE 的一种，有限元方法已成为工程结构分析中应用最广泛、最有效的数值方法之一。在我国造船领域，有限元技术的发展始于 20 世纪 70 年代，经过多年的研究开发，一些专用软件广泛应用在船舶设计、计算中，对我国船舶事业的发展作出了重大的贡献。至今，亦已成为船舶设计中常用的一种方法。目前广泛应用于船体振动计算的有限元模型主要有二维有限元计算模型、三维有限元计算模型、包括整个船体娓部在内的三维有限元计算模型、船体艉部结构和船体梁相结

6、合的整船三维有限元计算模型共四类。但是各种有限元模型各有优缺点，如舱口盖二维有限元模型由于没有考虑船体与舱口盖之间的藕合影响，对基础刚度的取法有一定的人为误差，计算精度相对较差，但原始数据的准备比较简单，计算时间短，因此可作为初步估算之用；单独舱口盖筑三维有限元模型反映了舱口盖的实际结构，但需估算基础刚度，在有舱口盖基础刚度试验数据的情况下，可采用该模型，对于计算单独舱口盖固有频率来说，其计算结果是令人满意的，但它未能考虑与船体的祸合影响，有其局限性；整船三维模型能同时反映舱口盖的基础支撑情况和与船体总振动之间的祸合影响，计算精度较高，但模型比较复杂，数据量较多，计算成本也较高，可按实际情况选

7、用。在用有限元法率计算时，首先将结构离散成很多单元，如板元、膜元、梁元、杆元等，通过节点连接而构成计算模型。在此基础上计算单元刚度矩阵，再组装构成整个结构的刚度矩阵;同时，采用相应的办法(如集中质量法或一致质量法)构成质量矩阵。在计算船体结构固有频率时，可不计阻尼影响，从而将船体振动问题离散化为多自由度系统的自由振动方程，再应用子空间迭代法、Lanczos 法和单茨( Ritz)向量法计算结构特征值及特征向量(固有频率及模态形状)。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：论文研究了船体结构中的舱口盖自由振动计算方法，主要研究内容包括以下几个方面：(1) 薄板的自由振动的理论学习。学习了从薄板板结

8、构横向振动微分方程推导了薄板板结构固有频率和振型求解的解析方法，板结构四边简支、两对边简支的矩形薄板的自由振动；(2) 船体板梁振动计算有限元理论与方法，学习有限元方法在板结构动力学分析中的理论和方法应用，主要有有限元基本理论、振动方程、板结构的刚度矩阵和质量矩阵计算、固有频率和振型的计算等；(3) 对于舱口盖结构的振动分析。应用大型有限元计算软件 MSC.Patran/Nastran 完成了舱口盖板梁结构振动分析，并比较了不同网格划分情况下、不同建模方式下的舱口盖振动模态。三、研究步骤、方法及措施：1、学习板梁结构的相关内容，查找有关资料； 2、学习有限元算法，对有限元有一定得了解；3、学习

9、 PATRAN 软件基本操作；4、学习 PATRAN 软件，初步建立三维模型；5、学习 PATRAN 软件对模型进行不同大小网格的划分；6、用 PATRAN 软件对模型进行自由振动分析；四、参考文献1 宋福堂 . 船舶振动.M. 哈尔滨: 哈尔滨船舶工程学院出版社 , 19922 吴福光 , 蔡承武. 振动理论M. 北京: 高等教育出版社, 1987.3 铁摩辛柯 . 板壳理论M. 北京: 科学出版社, 1977.4 郁惠民 2 750 TEU 集装箱船体结构振动分析 J. 浙江海洋学院学报(自然科学版) .2009，28(3)：3273305 王显正，赵德有，孙超，殷玉梅，孙洋等船舶总振动固

10、有频率实用算法J中国舰船研究，2007， 2 (1)：56586 汪岸宝，韩继文，杨文华，张圣冲大型油船模态分析和响应预报J船舶工程1998，6：5107 石慈忠大型自卸船船体振动研究J船舶，2002，6 (3)：36418 张汇平，唐永生，余小川28 000 dwt 多用途船二层甲板及其舱口盖强度分析 J计 算 机 辅 助 工 程2006.9，15 78-809 王宏伟. 有限元计算效率和计算精度分析J. 数字化设计，2009,7(2):2125.10 张少雄,吴秀恒,杨永谦,陈超核 薄壁梁型船舶结构的水弹性自由振动 J. 武汉交通科技大学学报,1996,(12) 20(6):739 744

11、.11 李志强船舶总振动建模方法研究D大连理工大学200612 王显正船舶总振动特性研究D大连理工大学 200513 孙海蛟大开口船舶的弯扭振动分析及模型化研究D 大连理工大学200314 唐永生大型集装箱船上层建筑振动分析D哈尔滨工程大学200115 余龙，顾敏童，夏利娟等动态有限元法在船体板架振动计算中的应用 J船舶工程2001（2） ，：151816 郑牡丹 卢俊峰 赵耀. 非线性有限元法计算船体总纵极限强度浅析J.中国水运 2007.2,7(2): 13013117 刘晓明, 张悦, 高志龙集装箱船振动及响应分 J中国造船2004.12，45（4）：232818 黄海燕，王德禹加筋板结

12、构的自由振动分析 J船舶工程2008，6：1419 袁罡，吴卫国，林永水江海直达船鞭击振动分析 J交通科技2011，5：11011320 孙丽萍, 聂武能量有限元法在船舶结构中的应用 J哈尔滨工业大学学报2008.9，40(9)：1491149421 李辉，向溢 应用 MSC.Nastran 进行船舶舱口盖局部强度分析J广东造船，2004，2 ：7922 杨传武, 陈志坚用混合有限元模型分析船体振动问题研究 J海军工程大学学报2004.4，16（2）：798223 王慧彩, 赵德有用有限元法计算船体总振动时刚度阵奇异处理分析 J中国海洋平台2002，18（2）：5924 朱胜昌，吴士冲. 总纵

13、强度祸合作用下船体板架振动计算 J. 中国造船，1995.8，8, 2003，3743.25 K.R. Drake.Transient design waves for green-water loading on bulk carriers J. Marine Science and Technology, 2000 5: 2130.26 Recep Gunes, M. Kemal Apalak. Freevibration analysis of adhesively bonded single lap joints with wide and narrow functionally gr

14、aded plates J. Journal of Applied Mechanics J, 1985, 52.五、研究工作进度：(1) 2011.09.15-2010.11.05 外文资料翻译及文献综述撰写(含开题报告)；(2) 2011.11.06-2011.11.20 船舶舱口盖（板梁结构）振动的经验算法收集；(3) 2011.11.21-2011.12.10 有限元理论与方法研究；(4) 2011.12.11-2012.01.05 patran 软件学习；(5) 2012.01.06-2012.02.15 舱口盖建模、模态分析；(6) 2012.02.16-2012.03.20 完成毕业论文纂写；(7) 2012.03.21-2012.04.08 毕业答辩准备、毕业答辩、教师评阅。六、教研室评议意见： 同意开题系（教研室）主任 年 月 日七、院领导审核意见：1通过； 2完善后通过； 未通过 负责人： 年 月 日