Hull vibration analysis of river boats

Ship structural design is done today resorting to powerful numerical tools. Ship structures come out to be optimal regarding load and failure mechanisms; in spite of this they come to lose that residual capability which in past gave a valuable benefit to overcome certain undesirable side effects. Such effects are not acceptable when ship’s structures are prone to develop high levels of vibrations excited by propulsion plant or other sources. In this frame, the paper investigates a river ship case, where preliminary calculations of structural dynamic response to vibrations induced by on board sources gain a relevant role in defining the minimum thickness of plates and supporting structures’ topology. River ship hulls have indeed light structures due to low demanding environments, which lead to an increase of vibration effects on accommodation decks. The approach here discussed is based on direct calculations of the hull’s structures dynamic response, performed in the frequency range where first harmonic frequencies of main excitation sources play a relevant role in inducing local and global vibration effects. The critical aspect of interaction between structure and fluid will be dealt with by an implicit modeling of the surrounding water around the hull. The aim of the study is to give the reader basic tools to implement, in the ship’s hull preliminary design stage, free and forced vibration analyses in order to support decision making about the hull scantling when vibration effects are not negligible. Actualmente el diseño estructural de buques se lleva a cabo utilizando poderosas herramientas numéricas. De este modo, mientras las estructuras del buque se optimizan para afrontar cargas y mecanismos de colapso, por el contrario han perdido esa capacidad residual que en el pasado les daba un valioso beneficio para superar ciertos indeseables efectos secundarios. Dichos efectos no son aceptables si las estructuras de los buques son propensas a desarrollar altos niveles de vibraciones excitadas por el sistema propulsivo u otras fuentes. En este marco, el artículo investiga el caso de un barco fluvial, donde los cálculos preliminares de la respuesta dinámica a las vibraciones inducidas en las estructuras por fuentes a bordo toman un papel importante en la definición de los espesores mínimos de las planchas y la topología de las estructuras. En efecto los cascos de los buques fluviales tienen estructuras ligeras debido a un entorno poco exigente, que conlleva al aumento de las vibraciones en los puentes habitables. El método tratado en el artículo se basa en el cálculo directo de la respuesta dinámica de las estructuras del casco, realizado en el rango de frecuencia donde las primeras frecuencias armónicas de las principales fuentes de excitación juegan un papel relevante en inducir efectos locales y globales de vibración. El aspecto crítico de la interacción entre la estructura y el fluido será tratado con la modelación implícita del agua circundante al casco. El objetivo del estudio es brindar herramientas básicas para implementar, durante el diseño preliminar del casco, análisis de vibraciones libres y forzadas para respaldar la toma de decisiones respecto al escantillonado cuando los efectos de las vibraciones no son despreciables.