﻿ 邮轮推进器舱与吊舱推进器耦合振动分析
 舰船科学技术  2019, Vol. 41 Issue (6): 66-70 PDF

1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240;
2. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240

Research on the coupling vibration between pod propulsion and cruise′s propelling machinery room
ZHAO Peng-fei1,2, XIA Li-juan1,2, ZHANG Xin1,2
1. State Key Laboratory of Ocean Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China;
2. Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration, Shanghai 200240, China
Abstract: The cruise ship is equipped with pod propulsion. Four different dimensions of cruise ship’s FEM model are built according to the cruise′s structure drawing. Each scale contains two different types of FEM model in which type A uses mass point to simulate the pod propulsion and type B uses FEM models to simulate the pod propulsion. In order to Estimate the coupling vibration between cruise body and pod propulsion, modal analysis is conducted in both type A and type B models. Comparing the modal and frequency to choose the optimal FEM dimension in ship structural dynamics analysis and calculating the structural frequency response. The results show that the greatest coupling influence of the pod propeller occurs in torsional and horizontal vibration when the calculation model is relatively large and small, respectively. The maximum value of the vertical velocity response appears in the midship between the two pod thrusters, rather than just above the excitation force. The conclusions in this paper can provide reference for the ship stern vibration optimization analysis and cruise ship design.
Key words: cruise ship     pod propulsion     propelling machinery room     coupling vibration
0 引　言

1 湿模态振动计算

 $\left({ M} + {{ M}_A}\right) \cdot { {\ddot {u}}} + \left({ K} + {{ K}_A}\right) \cdot { u} = 0{\text{。}}$ (1)

 $\left({ M} + {{ M}_A}\right) \cdot { {\ddot {u}}} + { C} \cdot { {\dot{u}}} + \left({ K} + {{ K}_A}\right){{\cdot {u}}} = f\left( t \right) {\text{。}}$ (2)

2 耦合振动分析

2.1 计算模型

 图 1 邮轮尾部推进器舱舱结构布置 Fig. 1 The general arrangement of cruise′s propelling machinery room

 图 2 四种A类有限元模型 Fig. 2 FEM models of type A

 图 3 四种B类有限元模型 Fig. 3 FEM models of type B
2.2 吊舱推进器耦合振动对比分析

FR54模型湿模态计算结果对比如表2所示，固有频率小于4.3 Hz的振动以该尾部舱段结构的总体振动为主。在扭转2阶模态两者振动频率差异为10.3%，耦合效果较大。除此之外FR54-A模型与FR54-B模型两者的计算固有频率差异很小，耦合效果不明显。但是FR54-B模型由于包含吊舱推进器的三维结构，能够体现出6.10 Hz的单独吊舱推进器振动模态。

FR34频率对比分析结果如表3所示。以FR34-B模型振动频率为基准，受吊舱推进器的影响，2个模型在水平1阶频率差异较大，为17.8%，水平振动的耦合效应很大。除此之外，FR34-A模型与FR34-B模型两者的计算固有频率差异在低阶很小，且含有吊舱推进器的FR34-B模型振动频率较低。

FR10模型区域仅包含推进器舱和吊舱推进器区域，计算范围最小。在不包含吊舱推进器的FR10-A中，局部振动较少，总体振动可以持续识别到19.76 Hz，在包含吊舱推进器的FR10-B中，出现较多吊舱推进器的局部振动。频率对比结果如表4所示，FR10-A模型与FR10-B模型两者的计算固有频率差异十分明显，除尾端垂向振动频率差异为7.3%，其他的频率差异都在10%以上。说明在模型范围较小时，吊舱推进器对推进器舱结构的振动效果很明显。同时，在FR10-A模型中计算能够出现的水平1阶振动和垂向2阶振动，在FR10-B模型中却没有体现。

2.3 不同尺度模型振动对比分析

 图 4 FR54-B模型与全船有限元模型B垂向振型对应 Fig. 4 The vertical mode vibration comparison between FR54-B and whole ship model B

3 振动响应分析

 图 5 施加的螺旋桨脉动压力 Fig. 5 Impulse excitation force

 图 6 推进器舱垂向最大速度响应 Fig. 6 The maximum vertical velocity response of propelling machinery room
4 结　语

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