64106船舶总体自由振动计算方法 标准 CB T 3472-1992.pdf
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1、U 1 0 T : I 中 华 人 民 共 和 国 船 舶 行 业 标 准 c B / T 3 4 7 2 - 9 2 船舶总体自由振动计算方法 1 9 9 3 - 0 1 一 0 8 发布1 9 9 3 - 0 7 - 0 1 实施 中国船舶工业总公司 发 布 目次 1 主题内容与适用范围 (1) 2 船体梁固有频率近似计算方法 。 (1) 3 船体梁固有频率数值计算方法 。 “ 。 (7) 4 频率储备 。 , ( 1 3) 附录A近似计算方法预报船体梁固有频率程序使用说明及计算例题( 参考件) 。 (1 5) 附录 1 3 有限元法计算船体梁固有频率程序使用说明及计算例题( 参考件卜 。
2、 。 。 ” ) 附录 C 迁移矩阵法计算船体梁固有频率程序使用说明及计算例题( 参考件卜 ( 2 3) 中 华 人 民 共 和 国 船 舶 行 业标准 船舶总体自由振动计算方法 C B/ T 3 4 7 2 - 9 2 分类号: U1 0 1 主题内容与适用范围 本标准规定了 船舶总体2 -5 节点垂向和水平振动固有频率的近似和数值计算方法 本标准的 近似计算方法适用于船长9 0 -2 0 0 m的干货船和9 0 - 3 0 0 m的油船、 散货船、 矿砂船和集 装箱船; 数值计算方法适用于船长 2 0 - 3 0 0 m的油船、 干货船、 散货船、 矿砂船和集装箱船 船体梁固有频率近似计算
3、方法 船体梁垂向振动固有频率近似计算 - 方案设计初期的近似计算 方案设计初期按公式( 1 ) 计算船体梁 2 节点和 3 节点垂向振动固有频率。 2.12121 ,_D 厉. 一f , 二K ;b ( a v K ;, C E 干 / 子十b , ) ” 二, . . . . ( 1 ) 一“ 、 一 Iv - -一 v 一 L丫 众 式中: 五 船 体梁i 节点垂向 振动固有频率, H z ; L 两柱间长, m; D - 型深( 由 基线至最上层连续甲 板) , M; B型宽, m; Kib 船体梁i 节点垂向振动时弯曲刚度减缩系数, 按公式( 2 ) 计算, 当计算出的K,6 1 .
4、。 时, K;6 取 1 . 0 ; a j 回归系数( 斜率) , 根据船舶类型及节点数由表 1查得; K, 船体横剖面惯性矩沿船长变化对i 节点垂向振动固有频率影响系数, 按公式( 3 ) 计劝; C , - 高强度钢影响系 数。 当船中 部区域内 主要结构采用 高强度 钢时, 按公式( 4 ) 计算; 当 船, 部 区域内仅主甲板结构采用高强度钢时按公式( 5 ) 计算; 当采用普通钢时, C 取 1 . 0 ; E ; 上层建筑( 或甲板室) 位于船中部时, 对船体梁 i 节点垂向振动固有频率影响系数。对 艺i i 点垂向振动, 当上层建筑( 或甲板室) 最下层长度1 , 小于 。 .
5、 1 5 L时、 上层建筑( 或甲板室) 银 部与两道和两道以下主船体的横舱壁连接时, 以及上层建筑( 或甲板室) 位 于尾部、 首部 时, E , 。 均取 1 . 0 ; 除此之外, E z . 按公式( 6 ) 计算。对 3 节点垂向振动时, 凡v 取 1 . 0 1 , 船体梁垂向振动时包括附加水质量在内的船舶总质量, 按公式( 7 ) 计算. t 3 b ;, 回归系数( 截距) , 根据船舶类型及节点数由表 1 查得。 中国船舶工业总公司1 9 9 3 - 0 1 - 0 8批准 1 9 9 3 - 0 7 - 0 1实施 C B / T 3 4 7 2 -9 2 表 1 回归系数
6、a , , b , , A,. , B , r s c系 数油船干货船散货船矿 砂 船集装箱 2 a , . X 1 o 30 . 4 4 70 . 4 3 70 . 4 7 50 . 5 1 50 . 4 3 1 b , , 0. 3 00 . 3 30 . 1 80 . 2 60 . 2 0 A3 . X 1 0 30 . 5 3 80 . 4 2 30 . 4 4 40 . 5 3 80 . 4 5 6 B0. 1 4 0 . 3 40 . 2 00 . 1 00 . 2 0 3 a 3只1 0 31 . 2 9 0 0 . 8 0 10 . 7 7 51 . 1 2 30 . 8 7
7、5 6 3 0. 2 40 , 7 30 . 7 80 . 4 40 . 3 5 A3 , X 1 0 1 . 2 4 70 . 8 1 50 . 7 3 81 . 0 2 80 . 9 2 6 B , 0 .1 00 . 7 30 . 7 70 . 4 50 . 3 5 4 a 碑只1 0 0 . 1 7 10 . 1 3 50 . 1 2 40 . 1 5 40 . 1 3 2 b , 0 . 731 . 1 21 . 1 20 . 7 60 . 8 2 A b ;n , A ;n , B ;n 节 宁 数 系数油船干货船散货船矿 砂 船 2 . m x 1 0 0 .0 550 . 0
8、5 10. 05 40 . 0 71 b an 0 . 3 70 . 3 60 . 3 70. 1 7 Azn X 1 0 “ 0 . 3 250 . 2 6 80. 27 50 . 4 2 5 B z n 0 . 4 20 . 3 60 . 3 70. 1 7 3 Q a n X 1 0 0 .1 0 50 . 1 1 90 . 1 0 00 1 3 8 b ,n0 . 8 00 . 0 20 . 5 00. 2 3 A a h X1 0 0 . 7 5 00 . 6 2 40 . 6 5 00 . 8 3 0 B a n0 . 5 0 0 . 0 2 0 . 5 0 0 . 2 3 4 a
9、 , X 1 0 30 . 1 9 60 . 1 0 8 b 4 .0 . 4 5 1 . 7 1 A , , X 1 0 0 . 9 5 00 . 5 6 7 B , n1 . 1 01 . 7 1 5 a s u 只 1 o 0 . 2 5 00 . 1 2 3 b s F0 . 382 . 4 5 A, X1 0 1 . 1 0 40 . 6 4 8 Bsn 1 . 7 32 . 4 5 一l 2 . 2 , 2 方案设计终期按公式( 1 4 ) 计算船体梁水平振动固有频率。 ; 卜 一 汽 h F A FA n dh I + 鱿 h , 一 式中: 浅1 回归系数( 斜率) , 根据船
10、舶类型及节点数由表 3 查得; AF船体梁水平振动时中剖面剪切面积, 按图2 计算, m l , cB/ T 3 4 7 2 -9 2 鱿h 回归系数( 截距) , 根据船舶类型及节点数由表 3 查得 2 . 3 误差 本标准推荐的船体梁固有频率近似计算公式, 在可信度为。 . 9 5 时, 其误差:见表 4 , 表 4 近似公式误差 节点数 才 方案设计初期 公式( 1 ) , ( 8 ) , ( 1 2 ) 方案设计终期 公式( 1 0 ) , ( ll) . ( 1 -4 ) 27 . 0 6 . 5 38 . 07 . 5 48 . 58 . 0 59 . 08 . 5 2 . 4 近
11、似计p方法预报船体梁固有频率程序使用说明及计算例题可参见附录 A ( 参考件) 船体梁固有频率数值计算方法 本标准用数值法计算船舶总体振动固有频率和振型时, 是将整个船体简化为一变断面梁 船体梁长度的确定及梁段的划分 . 1 船体梁长度 L取船舶两柱间长。 . 2 一般将船体梁划分 2 0 段 2 1 个站, 其梁段长度t 取L / 2 0 , 两站内的梁段为等值梁 有限元法计算船体梁固有频率及振型 I2 船体梁坐标系、 单元刚度矩阵和质量矩阵 总坐标系及局部坐标系 月月.IJ.1门L八jJ , 六JJ八JqJOJ,J 本标准计算船舶总体自由 振动时, 把船体视为一根梁, 所以梁单元局部坐标系
12、O X Y 7 . 取作与 皓体 梁的总坐标系0XYZ的方向相一致, 见图3 所示。 在船体梁的总坐标系中, 坐标原点O取在船舶的W 垂线上, 了轴取船长方向, Y轴取船宽方向, Z轴取垂直方向。 3 . 2 - 1 . 2 船体梁单元刚度矩阵 船体梁单元刚度矩阵按公式( 1 5 ) 计算。 c B / T 3 4 7 2 -9 2 图3 总坐标与局部坐标 1 2 E I ( 1 十妙I 6 EI ( 1 十叻h EA l 0 0 EA I 1 2 EI ( 1 +叻1 3 6 EI ( 1 +卯1 2 6 EI 一 K ( 1 +劝1 2 ( 2 一p ) EI ( 1 +卯l 。(1+9)
13、l EA 1 2 EI6 EI1 2 EI6 EI ( 1 +叻1 3 6 EI ( 1 +叻l 2 ( 1 +卯1 2 ( 2 一帕E I ( 1 十叻1 ( 1 +必1 3 6 EI ( 1 十叻1 2 ( 1 +必1 2 ( 4 +叨EI ( 1 - F 叻1 翻11。E一“。 式中: 式中 : 仁 Kl 船体梁单元刚度矩阵. A 船体梁单元剖面面积, m2 I I船体梁单元剖面惯性矩. 计算垂向振动时, 取对 Y轴的惯性矩, 计算水平振动时, 取对 Z 轴的惯性矩 , m s E 弹性模量, P a l 1 船体梁单元长度, m; P - 剪切影响系数, 按公 式( 1 6 ) 计算:
14、 1 2 E I GA, 1 ( 1 6 ) G-剪切弹性模量, P a l A船体梁单元剖面的剪切面积。 计算垂向振动时, 剪切面积取船侧板和纵舱壁板的剖面面积 之和( 对于般部曲线 部分的壳 板则取其在垂直方向上的投影高度来计算剪切面积) ; 计豹水 平振动时, 剪切面积取船底外板、 内底板及甲板面积之和. m 2 , 当计算垂向振动时, v 取 %, I 取 I , , A . 取 A - , 当计算水平振动时, 9 取g J , I 取 /A , 取 A , h o CB / T 3 4 7 2 - 9 2 2 . 1 . 3 船体梁单元质蚤矩阵 船体梁单元质量矩阵按公式( 1 7 )
15、 计算。 m . = m. , . + 二 . , 。 + m 。 + m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 7 ) 式中; m . -船体梁单元质量矩阵; m . , . - 船体梁 单元结构一致质量矩阵, 见公 式( 1 8 ) : m .z . - 船体梁 单元结构未包括在一致质量阵中的质量矩阵, 见 公式( 1 9 ) s m . . - 船体梁单元设备、 货物等质量矩阵, 见公式( 2 0 ) s 二. 船体梁 单元附加水质量矩阵, 见公式( 2 1 ) . 1 3 . 6 1 下 下 十 ;1
16、 几 0 刁 J!1 工 对 称 竺15A m . , . 二p A l I I I 2 1 0 二 I O A I_ 1z1 0 5 + 二 ” “ ( 1 8 ) l 9 6 1 7 0 5 Al z 1 3 1 I 4 2 0 I O AI 一 1 3 14 2 0 + I I O AI I 3 0 A 6 1 S Al z I I O AI 争 l z1 4_ 010 5 十2 115 A 十. 揣闹风 1一3001一600 一司 ( m. z ) , ( 珑。 : ) 2 。 , 2 。 二 ( 仍. , ) 。 ” . . 。 ” 。 ( 1 9 ) ( m。 ) 1 ( 脚。 )
17、 : 。 ( m. ) , 一 ( 2 0 ) ( 仇. ) , 1.weesee几Iweee1resesIesesesweesesesselesesee m, 。 二 ( 功 ) :0 0 ( m. ) 。 0( m。 ) ,一 ( 2 1 ) CB/r 3 4 7 2 - 9 2 式中; ( 二 . 2 ) , m, 2 , 中船体梁单元左端轴向加速度矢量对应的等效集中质量; ( 二 , 2 ) 2 , .: 。 中船体梁单元 左端横向加 速度矢量对应的等效集中 质量; ( 。 . : ) ,、 。 中船体梁单元右端轴向加速度矢量对应的等效集中质量; ( m 0, - -s 2 1 。 中
18、船体梁单元右端横向加速度矢量对应的等效集中质量; ( m , ) , - m, l , 中船体梁单元左端轴向加速度矢量对应的设备、 货物的等效集中质量; ( ,) , 二 。 中船体梁单元左端横向加速度矢量对应的设备、 货物的等效集中质量; ( 。 ) a - m 7 。 中船体梁单元右端轴向加速度矢量对应的设备、 货物的等效集中质量; ( ,) 5 阴 。 中 船体梁单元右端横向加 速度矢量对应的设备、 货 物的 等效集中质量; ( m , ) , - m月 。 中船体梁单元左端轴向加速度矢量对应的附加水质量的等效集中质量; ( 爪。 ) : 。. 。 中船体梁单元左端横向加速度矢量对应的附
19、加水质量的等效集中质量; ( , 。 ) ; 仁 。 习。 中船体梁单元右端轴向加速度矢量对应的附加水质量的等效集中质量; ( m, ) 。 。 中船体梁单元右端横向加速度矢量对应的附加水质量的等效集中质量。 2 船体梁剖面惯性矩I ( X) 的计算 在详细设计阶段, 已具备2 1 个站上的横剖面结构图, 应取2 1 个站的实际剖面惯性矩进行振动计算。 3 船体梁剖面剪切面积A a ( X) 的计算 在详细设计阶段, 已具备2 1 个站的横剖面结构图, 就取2 1 个站上的实际剪切面积进行振动计算。 4 船体梁质量旋转惯量J ( X) 的计算 各分段梁的单位长度的质量旋转惯量, 按公式( 2
20、2 ) 和( 2 3 ) 计算。 J .; 一 m 沙 月 ( 2 2 ) “ r. ; .;, _ 八 ( 2 3 ) 式中: I, 船体梁垂向振动时 ii 段梁单位长度上质量旋转惯量, k g - m; J h 船体梁水平振动时ii 段梁单位长度上质量旋转惯量, k g “ m; m o , - 船体梁行段的 单位长 度质量, k g / m; ii 分别表示船体梁段的左右端编号。 3 . 2 . 5 船体梁总刚度矩阵 K 的形成 用有限元法计算船体梁固有频率和振型时, 总刚度矩阵具体形成过程按下列步骤进行。 3 . 2 . 5 . 1 按船体梁单元划分的个数卜 逐个形成梁单元刚度矩阵 K
21、l i o 3 . 2 . 5 . 2 将各单元刚度矩阵分成四个同阶子方阵, 即写作公式( 2 4 ) 的形式。 厂 K; K ; 式 , = L 戈大1 1 ( 2 4 ) 式中: i 梁单元左端结点编号; J -梁单元右端结点编号。 3 . 2 - 5 - 3 把公式( 2 4 ) 矩阵中的元素下标1 , J 改为对应总坐标系统中的结点编号l , k , 再依据各方阵的 下标编号“ 对号入座” 的送到总刚度矩阵中的相应位置中, 即可形成总刚度矩阵 K , 3 . 2 . 6 船体梁总质量矩阵 M 的形成 船体梁总质量矩阵由船体结构质量矩阵、 船舶设备和货物质量矩阵以及附加水质量矩阵组成。
22、3 . 2 . 6 - 1 船体结构质量矩阵 。, 的形成 根据剖面中参加刚度阵的结构构件尺寸, 由程序自动形成各梁单元一致质量矩阵 m , 3 r. , 然后形成 CB / T 3 4 7 2 - 9 2 船体梁总的一致质量矩阵仁 m. , 习 。 船体梁内的横向构件质量和未包括在一致质量矩阵中的纵向构件质量, 分配到相邻 的二个 结点上, 形成各梁单元 结点中的集中质量 m .A . i , 然后形成船体总质量矩阵 。 , : 。 3 - 2 . 6 . 2 船舶设备和货物等质量矩阵仁 , 的形成 船上的设备、 货物等质量是根据其质量的大小和质心位置, 按质量等效原则分配到相近的梁单元结
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