高等工程力学考试小结

1一．名词解释1）多自由度振动用多个独立坐标就能确定位置的系统的振动。2）共振干扰频率接近或等于固有频率时，振动系统动力响应显著放大的效应。3）局部振动船体局部结构如板架，梁，板等对于整个船体所做的附加振动称为局部振动4）声压的概念有声波作用时，介质中的压强超过静压力的值5）吸声系数被吸收声能（包括透射声能）和入射声能之比6）声阻抗率声场中某位置的声压与该位置的质点速度的比值为该位置的声阻抗率7）固有振型结构受到扰动系统的质量任意瞬时的空间位置需要无限多个广义坐标来描述，称这样的系统为无限自由度系统。8）上层建筑振动上层建筑振动指的是上层建筑的纵向振动和上层建筑局部结构件的振动。9）浮筏隔振系统是多机组双层隔振系统。它就是将船舶主要振源设备（如主机，辅机，柴油发电机组）通过上层隔振器弹性地安装在一个公共筏体上，然后再将该公共筏体通过下层隔振器弹性地安装在船体上。10）叶厚效应桨叶有厚度，在流场中运动时，该场中某一点P处的压力将随着桨叶的接近和远离该点而发生周期性变化，由此形成对结构的脉动压力，这种效应称为叶厚效应。11)气动减振器是指在柔性密闭容器中加入压力气体（一般指空气），当气体弹簧变形时，利用内部气体压缩反力及因气体变形有效受压面积改变而增加的反力之和来提供弹性恢复力的一种减振器。12）强迫振动振动系统在周期性的外力作用下，其所发生的振动称为受迫振动二．判断题1）工程共振现象时振幅无穷大（F）2）阻尼消耗能量，使振动衰弱（T）3）无阻尼振动系统振动频率比有阻尼的小（T）4）舰船的主要噪声源只有柴油机噪声，燃气轮机噪声，轴承噪声，液力机械噪声，电机噪声五种（F）5）船舶是一种复杂的水上建筑物，其结构及质量分布很不规则，是等截面的空心梁。（F）6）船体振动所受到的力有干扰力，弹性恢复力，惯性力和阻尼力（T）7）节点就是船体总振动时振幅最大的点（F）8）结构内阻尼力是因为系统本身结构缺陷而引起的（F）9）系统对初始激励的响应通常称为自由振动（T）10）只有刚度和强度是衡量减振器用途的功能特性的参数（F）2三．填空1）振动微分方程为：)sin(22tFxkdtdxcdtxdm方程中第一项代表的意义为：惯性力第二项为：阻尼力第三项为：弹簧力第四项为：转子不平衡激发的激振力2）结构的固有频率仅与结构的刚度和质量有关，与结构初始的振动状态以及干扰力无关。3）舷外水对船体总振动的影响可分为重力，阻尼，和惯性等三个方面。4）内损耗功率通常由结构阻尼，结构声辐射损耗，和边界连接阻尼耗损等三个部分组成。5）船舶机械设备工作时将不可避免地引起振动，这种振动包括（设备本身的振动辐射到舱室）及（其作为激振源通过支承系统向船体结构传递）引起船体结构振动。6）减振器按其性能是否可控又可分为（可调式）和（不可调）减振器。6）在构造上气动减振器主要分为（囊式）和（膜式）。7）橡胶金属减振器即是利用（橡胶弹性）及（阻尼耗能）作用达到减振目的的一种减振装置。8）引起船体振动的主要振源是（螺螺旋旋桨桨和和主主机机），它们在运转时将引起（周周期期性性的的干干扰扰力力），使船体发生稳态强迫振动。9）在柴油机和螺旋桨干扰力作用下，轴承可能出现扭转、横向和纵向振动，这和（轴承座刚度）（轴的平衡）（双层底刚度）（推力轴承刚度）等有关。10）按干扰力的频率，螺旋桨干扰力课分为两类：一类是（轴轴频频干干扰扰力力），即螺旋桨的干扰频率等于浆轴转速的一阶干扰力；另一类是（叶叶频频干干扰扰力力或或倍倍叶叶频频干干扰扰力力），即干扰频率等于浆轴转速n乘以桨叶数z或桨叶数倍数的高阶干扰力。12）表征舰船声隐蔽性的最基本参数是（声源级）。13）随着相对声振动源的距离的增大，其振幅不断减小。原因是（一是一部分振动能量被结构吸收；二是散波波前的扩大）。14）吸声材料包括（多吸孔吸声材料）和（共振吸声材料）。15）船舶上层建筑舱室噪声的传播有（空气介质）和（船体结构）两种确定的途径。16）对船舶上层建筑舱室的噪声进行预测的比较可行的方法是（灰色预测方法）。17）根据舱室噪声的来源，可将舱室噪声分为：（机械噪声）（气流动力噪声）（脉冲冲击噪声）（舰载飞机噪声）等。18）次声的防护可从声源、传播途径和接收三方面采取相应的措施进行防护。其中，在传播途径方面，可在次声的传播途径上采取（隔声）（吸声）（消声）技术。19）螺旋桨（静力）平衡和（动力）平衡统称为螺旋桨的机械平衡。20）浮筏隔振系统一般由（机械设备）（上层隔振器）（公共筏体）（下层隔振器）组成。21）海船振动评价衡准包含了（结构强度衡准）（人员舒适性衡准）两部分3四．简答1）船体总振动的分类及影响总振动的因素？a垂向振动（在船体的纵中剖面内的垂向弯曲振动）b水平振动（在船体的水线面内的水平方向的弯曲振动）这两者的振动方向均垂直于船体纵向轴线，故又称横振动（铅垂方向的横振动和水平方向的横振动）c扭转振动（船体横剖面绕纵向轴线扭转的振动）d纵向振动（船体横剖面沿其纵向轴线作纵向拉压的往复振动）影响因素：激振力，阻尼，质量，刚度。2）结合所学知识，从设计的角度谈一谈如何减少螺旋桨和机舱设备引起的振动和噪声。（各答三条）螺旋桨：A,改良船体尾部的线性B，在螺旋桨外面安装一导流管可明显减小振动和噪音。C，加大螺旋桨和船体的间隙。D，增加螺旋桨桨叶数。E敷设阻尼材料。机舱：A,增加基座的尺寸和刚性B，采用弹性支撑和弹性连接C，敷设阻尼材料D，选用低噪音的机器设备E，采用隔声罩。3）船体产生振动过大的原因可归纳为哪几个方面？A设计时考虑不周或计算的错误，如主机选择、船舶主尺度、螺旋桨与船体、附属体隙以及与尾部线型的配合、船体结构尺寸、布置和结构的连续性等；B建造质量问题，如螺旋桨制造质量差、轴线不对中、结构连续性被破坏、焊接残余应力与初挠度等；C营运时航行条件及操作管理水平的影响，如浅水或狭窄航道、装（压）载不当、轴系变形、螺旋桨受损、主机各缸燃烧不均匀、更换机和浆不当及个别结构机件磨损、松动等。4）船舶减振装置的主要用途有哪些？a减振，减少船舶机械设备的声振动，降低船舶的水下噪声辐射。b抗冲击，减小来自船体的冲击振动对设备的影响c既减振又抗冲击d减少设备所受的来自船体支承结构及由螺旋桨旋转产生的强烈低频振动的影响。5）理想流体介质中波动方程的基本假设a媒质为理想流体；b没有声扰动时，媒质在宏观上是静止的c声波传播时，媒质中稠密和稀疏的过程是绝热的d没之中传播的是小振幅声波，各声学参量都是一级微量。46）有限元法求解声学问题的基本假定a假定流体是可压的，但只允许压力与平均压力相比有较小的变化，流体是各向同性、均匀的。b声波动过程是绝热的。c假定流体为非流动并且无黏性的（黏性不引起耗散作用）d假定流体平均密度和平均压力不变，计算中求解的压力是偏离平均压力的相对压力而不是绝对压力7）对上层建筑和船体及尾部的耦合分析采取哪4种三维模型。A,上层建筑单独从船体主甲板处于船体分离，并加以固定B,将上层建筑与机舱同时考虑，与主船体加以分离，并在机舱前后两段加以固定。C，采用上层建筑-尾部-机舱同时考虑的三维模型，在机舱前段加以固定。D，采用全船的三维有限元模型。8）橡胶金属减振器，与金属弹簧相比有哪些特征。（答5点）A,橡胶金属减振器中硫化橡胶的弹性范围非常大，弹性模量较金属材料下降许多。B，硫化橡胶形状选择较为自由，可在相当宽的频带范围内对减振器各方向的弹性系数加以调整，并可获得弯曲，扭曲，翘曲的弹簧作用。C，硫化橡胶的损耗特性远大于金属材料，其材料的振动减率性较好，可减小系统共振频率。D，可较容易地得到非线性弹簧特性。E,橡胶可与金属牢固粘合，减振装置的安装部分与橡胶能够设计成为一个整体，可以获得结构紧凑的减振装置。F，通过橡胶的柔软性还可以减小减振装置与构件结合部分的装配尺寸误差，具有不开脱的优点。G，耐热，耐寒，耐油等方面比金属弹簧差，因此需注意使用的环境条件，同时应充分注意橡胶材质的选择。9）引起上层建筑纵向振动的主要激励有哪些？A，螺旋桨产生的叶频激励（其频率为螺旋桨转速乘以桨叶数），通过推力轴承和主船体传递到上层建筑。B，由柴油机产生的作用在曲轴上的径向力，引起轴系的纵向振动，通过推力轴承和主船体传递到上层建筑。C，由柴油机产生的作用在曲轴上的切向力，引起曲轴扭转振动，从而引起轴系扭转-纵向振动，通过推力轴承和主船体传递到上层建筑。D，由螺旋桨激励力或轴系纵振与扭振的二次激励力引起机架纵向振动，通过双层底传递到上层建筑。5三、论述题1）.论述船舶振动的控制措施。一、防止共振1、频率储备船体发生低阶共振时，振动阻尼减小，共振特性曲线峰值高而陡，减小船体总振动的有效措施是避开共振区2、改变结构的固有频率通过改变结构的刚性进而改变固有频率使之离开共振区是一种有效的减振措施3、改变激励频率改变激励频率是避免共振的有效措施之一4、改变激励源的作用位置。当发生第i阶共振时将产生的不平衡激励源移至第i阶主振动的节点或节线上，将产生的不平衡力矩移至第i阶震动的腹点上二、减小激励的幅值当船体或其局部结构振动响应超过评价基准时，有其对高频振动响应，有效的方法是减小激励的幅值三、减小激励的传递1、采用隔振装置将激励源和接受者分开隔离振动的传递2、采用吸振的装置例如在螺旋桨上方船底板处设置避振穴以减小螺旋桨的脉动压力对船体的干扰。四、减小主机激励1、选择平衡性较好的主机柴油机是引起船体振动的主要激励源之一选择具有较小不平衡力和不平衡力矩的柴油机做主机至关重要。2、主机的位置当主机有不平衡惯性力或力矩时时将主机布置在与船体相对应协调振动的腹点上。3、安装平衡补偿采用有效的平衡和减振措施减小激振力对船体的干扰。五、船机轴浆的合理配合1、柴油机螺旋桨轴系是船舶振动的激振源，合理选择配合至关重要2、注意轴系较中减小由轴系引起的轴频激励3、对长冲程超长冲程柴油机，可在主机架的两个方向上设置支撑，改变机架的固有频率六、合理设计船体结构提高结构刚度，也是降低结构相应的有效办法应注意以下几个方面1、保证纵向构建的连续性2、增加上层建筑的抗剪刚度3、避免设计大面积的板架和大面积的梁4、对于大开口船舶应注意提高抗扭刚度5、对尾尖舱和尾悬体结构应注意减小肋板扶强材的跨距6、注意避免和缓和盈利集中七、采用阻尼材料和装设消振装置2)对“MOLComfort”轮断船原因进行分析。1.使用新型材料高张力钢高张力钢以成型性好、强度高等优点，理论上能使船的纵向强度提高20%，但是高张力钢在船上的应用在当时并不多，算是第一个吃螃蟹的人，没有丰富的经验。2.恶劣海况，大浪毁船海上出现大浪托空(舯垂及舯拱；集装箱船正常装载情況下，均呈现舯拱现象)6的现象。船舶结构的原设计可承受最大弯曲负荷无法承受外在海域及自身装载所产生的巨大负荷时，就会自行折断。3.造船厂设计制造三菱重工长崎造船厂以打造军舰为主，2003年才开始转型集装箱业务，只接受小型船订单，第二年就接了“MOLComfort”的大订单。造船厂的经验不足。4)．详细描述预防主机激起振动的措施。1.改变频率改变主机频率（重新选择主机或营运转速）；改变船舶固有频率（重新设计船，变化船质量、刚度而改变垂向弯曲振动固有频率）2.调整主机安装位置对大于衡准的“不平衡矩”，主机安装位置尽量远离两频率相同或相近的相关振型曲线的节点（特别对尾机型船）。初步设计时，绘船舶振型曲线，合理决定主机安装位置3.加装平衡补偿装置目的：减少不平衡力矩（是普遍应用的措施）。平衡补偿装置（平衡器）：使偏心质量以和主机激振频相同的转速旋转，产生力或力矩以抵消主机不平衡矩、减少其对振动的影响。