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2003 年 MSC.Software 中国用户论文集 船体模态分析方法研究 杨传武 陈志坚 华中理工大学交通科学与工程学院 - 1 - 2003 年 MSC.Software 中国用户论文集 船体模态分析方法研究 The research of hull mode analysis 杨传武 陈志坚 （华中理工大学交通科学与工程学院） 摘 要：本文讨论了用杂交有限元模型进行船体模态分析的方法研究，并实际建立了某船 的杂交有限元模型，对某船船体总振动进行了详细计算。计算结果表明：杂交有限元模型的 总振动计算结果略小于迁移矩阵法。 关键词：杂交有限元模型 总振动 模态分析 Abstract : A method of analyzing hull mode by hybridizable finite element model has been discussed in this paper, the hybridizable finite element model of a ship has been established and its inherent frequencies of overall vibration has been computed particularly. The computing results shows that the result of overall vibration computed by hybridizable finite element model is appreciably less than that by matrix transfer method. Key Words: hybridizable finite element model ；overall vibration；mode analysis, MSC.Nastran 一、引言 船体是一种复杂的弹性结构，其振动问题相当复杂，而船体总振动模态则是船舶总体振 动性态的一种主要反映，在设计的早期阶段就必须考虑。传统的研究方法是将船体作为变截 面杆来研究，常用的有能量法、迁移矩阵法等。有限元法是近期发展起来的用于对般体分析 设计的一种新型方法，目前已成为结构动力分析的最有力工具。在用有限元法计算船体总振 动的模态 （固有频率和固有振型）时，可以采用一维、二维、三维的模型。一维、二维模型 具有模型简单，易于计算的特点，但对高阶振动不理想，并且不能反映局部的振动特性；三 维模型具有接近真实结构，计算准确的特点，但工作量较大。因此，本文考虑采用三维杂交 模型，即对我们所关心的局部采用三维模型，而其它部分采用一维梁模型组成三维杂交模型， 这样既可以避免繁重的工作量，又能够对我们所关心的局部振动求得准确的结果。 二、模态计算的基本原理 根据结构动力学基本原理，三维框架结构的运动微分方程为： .. . [M]{y}+[C]{y}+[K]{y} {F(t)} - 2 - 2003 年 MSC.Software 中国用户论文集 .. . 其中，[M]、[C]和[Ｋ]分别为体系的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；{y } 、{y}和{y}分 别是体系的加速度矢量、速度矢量和位移矢量；{F(t)}是力矢量，包括直接作用在结构节点 上的力和因非节点引起的等效节点力。而我们在求解船体总振动的模态(固有频率和固有振 型)时，是不需要考虑阻尼及激振力的作用的，即没有[C]和{F(t)}；只有船体刚度矩阵[K] 和质量矩阵[M]两项。此时，运动微分方程变为： ..