1.本发明涉及一种振动与噪声控制技术，特别涉及一种小水线面双体船总振动简化计算方法。
背景技术：
2.如图1、2所示小水线面双体船的中横剖面示意图和侧视图，小水线面双体船是由双下潜体6、支柱体5结构和上船体部分(甲板1、连接桥3、舷台4)组成的高性能船舶。此类船型具有良好的快速性和耐波性、宽敞的甲板1面积，常应用于海洋调查船、测量船等。双体船船体结构形式较常规单体船复杂，致使其结构总振动特性迥异于单体船。在船舶设计的初期阶段，通常采用经验公式或基于一维梁理论的方法进行船体总振动固有频率的计算。对于小水线面双体船，目前的经验公式均不适用；短宽的双体船型不符合一维梁理论假设，且基于一维梁理论的方法无法合理考虑附连水，导致固有频率的计算结果不够准确。
3.目前，计算小水线面双体船总振动固有频率最合适的方法是三维有限元法。首先，建立全船结构三维有限元模型；然后，采用虚质量法模拟小水线面双体船的附连水；再次，准确模拟全船重量分布；最后，计算得到准确的固有频率。但是，三维有限元法存在结构建模工作量大、计算时间长的缺点，在设计初期阶段较难实施，需要提出一种快速、较准确、适用于初期设计阶段的小水线面双体船总振动简化计算方法。
技术实现要素：
4.针对小水线面双体船船体设计初期其总振动固有频率快速计算的问题，提出了一种小水线面双体船总振动简化计算方法。
5.本发明的技术方案为：一种小水线面双体船总振动简化计算方法，具体包括如下步骤：1)建立单元：将船体支持组件以结构周边为边界，将整个结构板架建为一个单元；
6.船体支持组件包括主横壁、主纵壁、甲板、平台板结构和横梁、纵桁、强肋骨、肋板梁结构；
7.单元上实际位置的弱构件，采用重叠单元的形式，不改变受力方向将其平移至所在板架单元的两侧边界上；
8.2)模拟附连水，保证网格边界与水线吻合；
9.3)针对小水线面双体船的布置特点，模拟重量分布，调整重量、重心；
10.4)对所构建船体简化模型进行总振动固有频率计算，得到小水线面双体船的低阶固有频率及振型。
11.进一步，所述步骤1)中船体支持组件还包括艏、艉及潜体线型变化的外表面板架单元，需根据线型变化对其进行进一步划分，保证船体简化模型外表面与整船线型基本吻合。
12.进一步，所述步骤1)中单元上实际位置的弱构件存在奇数根骨材时，多出来的中心处的一根布置到远离船中并且垂向中心位置的单元边界上。
13.进一步，所述步骤2)模拟附连水，基于边界元法，定义湿表面单元和吃水高度模拟附连水。
14.进一步，所述步骤3)小水线面双体船上的设备采用分布在相应节点上的质量单元进行模拟。
15.进一步，所述步骤3)小水线面双体船舱内的货物、压载水和燃油通过位于舱室边界上的质量单元模拟。
16.进一步，所述步骤3)调整重量、重心，将船沿船长方向为分为若干个分段，通过调整不同分段的材料密度，使得整体的重量、重心与设计值的误差在许可范围内。
17.本发明的有益效果在于：本发明小水线面双体船总振动简化计算方法，相比常规三维有限元方法，需要较少的设计数据，降低了结构建模工作量，缩短了计算时间，结果较准确，适用于初期设计阶段。
附图说明
18.图1为小水线面双体船的中横剖面示意图；
19.图2为小水线面双体船的侧视图；
20.图3为常规有限元网格划分示意图；
21.图4为本发明典型板架简化网格示意图；
22.图5为本发明简化有限元网格划分示意图；
23.图6为本发明甲板纵骨简化示意图；
24.图7为本发明横/纵舱壁垂直扶强材简化示意图；
25.图8为本发明横/纵舱壁水平扶墙材、外板纵骨简化示意图；
26.图9为本发明横舱壁的垂直扶强材布置俯视图；
27.图10为本发明外板/舷侧的纵骨布置横向视图。
28.附图标识：1、甲板；101、主甲板；102、湿甲板；2、上层建筑；3、连接桥；4、舷台；5、支柱体；6、潜体。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
30.一种小水线面双体船总振动简化计算方法，具体包括如下步骤：
31.步骤一、通常，全船总振动有限元模型包括整个船长、船宽范围内的主船体及上层建筑的所有有效船体结构。其中，板结构如甲板、外板、横/纵舱壁等采用壳单元模拟，加强筋结构如纵骨、扶强材、纵桁、横向强框等采用梁单元模拟。有限元模型网格的粗细设定为：纵向上，根据肋位来划分，一个肋位划分一个单元，即单元尺寸取肋距值；横向上，按照骨材间距划分；垂向上，按照纵骨的位置划分，没有纵骨处按照跨长的四等份划分。常规有限元网格划分如图3所示。
32.相比常规建模方式，简化模型的有限元网格单元以主横壁、主纵壁、甲板、平台及强力构件(包括强横梁、纵桁、强肋骨、肋板等)的周界为边界，将整个结构板架建为一个单
元，如图4所示。艏、艉及潜体等线型变化较大的区域，需对板架单元进行进一步划分，保证模型外表面与整船线型基本吻合。简化有限元网格划分如图5所示。
33.对于因网格的简化而无法布置在实际位置的弱构件(如甲板纵骨、横梁、外板纵骨等)，采用重叠单元的形式将其布置到板架单元的两侧边界上，边界上重叠的梁单元共用节点，如图6～8所示。对于板架内存在奇数根骨材的情况，多出来的中心处的一根布置到远离船中并且垂向中心位置的单元边界上。这样可以保证对重量分布的影响较小，同时保证船体横剖面的各向惯性矩变化较小、刚度分布基本符合实际情况。振动固有频率与质量和刚度有关，从而对振动计算的精度影响较小。如图9～10所示。
34.步骤二、模拟附连水；基于边界元法，定义湿表面单元和吃水高度模拟附连水，保证网格边界与水线吻合，图中虚线为水线，如图5所示。
35.步骤三、针对小水线面双体船的布置特点，较准确的模拟重量分布；较佳实施例中船上的设备采用分布在相应节点上的质量单元模拟；舱内的货物、压载水和燃油等通过位于舱室边界上的质量单元模拟。
36.设备用质量单元模拟，设备放置的区域均匀承受该设备的重量，将设备的重量以质量单元的形式均分到受力区域的节点上，必要时可以采用mpc的连接方式。质量点的施加区域与设备重量的实际作用位置基本吻合。
37.最后调整重量中心，具体方式为将船沿船长方向为分为若干个分段，通过调整不同分段的材料密度，使得整体的重量重心与设计值的误差在许可范围内。
38.步骤四、获得总振动固有频率和振型；对建立的全船模型进行有限元计算，得到小水线面双体船的低阶固有频率及振型。
39.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。