Введение

Подпрыгивание, как морской термин, относится к глобальным (вертикальным) резонансным колебаниям балки корпуса, вызванным непрерывной волновой нагрузкой. Когда глобальные колебания балки корпуса возникают в результате импульсивной волновой нагрузки, например, удара волны о нос (bow slamming) или корму (stern slamming), это явление обозначается термином «бичание». Подпрыгивание – это резонансное явление, которое может возникнуть, когда собственная частота 2-узловой вертикальной вибрации судна совпадает с частотой встречи волны или кратной ей. Бичание – это переходное явление, представляющее собой те же колебания балки корпуса, вызванные чрезмерной импульсной нагрузкой на носу или корме судна. Собственная частота 2 узлов является самой низкой и, следовательно, наиболее доминирующей резонансной частотой, приводящей к изменениям напряжений в балке корпуса, хотя в теории могут возбуждаться и более высокие режимы вибрации. Вибрации, вызванные подпрыгиванием, могут возникать уже при небольшом или умеренном волнении, когда возникают резонансные условия между длинами волн, присутствующими в волновом спектре, и собственными режимами балки корпуса, в то время как для бичания обычно требуется сильное волнение, прежде чем очень локальный удар будет обладать достаточной энергией для возбуждения глобальных структурных режимов вибрации. Гидродинамическая теория подпрыгивания еще не полностью изучена из-за сложного описания поверхностных волн и взаимодействия с конструкцией. Однако хорошо известно, что более крупные суда с более длительными периодами резонанса более подвержены этому типу вибрации. К таким судам относятся очень большие танкеры и балкеры, а также, возможно, контейнеровозы. Первые случаи проявления этого явления были связаны с усталостными трещинами на 700-футовых балкерах Великих озер в 1950-х годах. Позже 1000-футовые балкеры Великих озер столкнулись с теми же проблемами, даже после увеличения требований к прочности. Балкеры Великих озер обычно имеют довольно тупые и вытянутые формы (отношение длины к ширине 10) и ходят на небольшой осадке, что приводит к длительным собственным периодам около 2 секунд. Этот режим может быть возбужден короткими волнами в волновом спектре. Довольно полный обзор опыта, полученного в реальных условиях, и соответствующей литературы по подпрыгиванию можно найти в ссылках.

Контейнеровозы более стройные, имеют более высокую скорость и более выраженные форштевни. Контейнеровозы также могут испытывать значительные вибрации от бичания (переходные) при ударах о нос. Тупые суда также могут испытывать бичание, особенно при ударах плоским дном в области носа. Однако нижняя часть носа на таких судах редко выходит из воды. Вибрация от бичания также может увеличить экстремальные нагрузки на судно, что потенциально может привести к поломке судна надвое во время сильного шторма. В крайних случаях подпрыгивание может вызвать серьезные усталостные трещины критических элементов конструкции, особенно при умеренном или сильном волнении с низкими пиковыми периодами. Вибрация обычно легче возбуждается волнами при балластном состоянии, чем при загруженном. Однако обратное также может быть верным, поскольку некоторые суда испытывают больше встречного ветра и волн в балластном состоянии, в то время как другие суда испытывают больше встречного ветра и волн при загруженном состоянии, тем самым в целом меньше вибрируя. Океанские суда не сталкивались с этой проблемой до недавнего времени, когда высокопрочная сталь стала широко использоваться в конструкции всего судна для снижения первоначальных затрат. Это делает суда менее жесткими и увеличивает номинальный уровень напряжений. Современные спецификации на суда не учитывают подпрыгивание, которое может быть основным фактором усталости для некоторых судов.