吳嘉蒙，夏利娟，金咸定，遲少艷

（1.中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011；2.上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240）

振動(dòng)問(wèn)題一直是船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域的前沿課題。為了評(píng)價(jià)船體的振動(dòng)程度，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)進(jìn)行船體振動(dòng)及響應(yīng)計(jì)算，在實(shí)船試航時(shí)應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)測(cè)量，計(jì)算或測(cè)量的結(jié)果應(yīng)在一個(gè)客觀(guān)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的限定范圍內(nèi)。

早在1984年，由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織“機(jī)械振動(dòng)與沖擊”技術(shù)委員會(huì)（ISO/TC 108）SC2分技術(shù)委員會(huì)（機(jī)械、車(chē)輛和結(jié)構(gòu)的機(jī)械振動(dòng)和沖擊的測(cè)量和評(píng)定）就發(fā)布了ISO 6954振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即《商船振動(dòng)綜合評(píng)估指南》［1］（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“舊版”）。其主要用于評(píng)估船體振動(dòng)，所要求的實(shí)船振動(dòng)測(cè)量方法遵循ISO 4867（船舶振動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)量和報(bào)告規(guī)程）和ISO 4868（船舶結(jié)構(gòu)和設(shè)備局部振動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)量和報(bào)告規(guī)程）的要求?；谠摌?biāo)準(zhǔn)，許多船級(jí)社相繼發(fā)布了關(guān)于振動(dòng)評(píng)估的指導(dǎo)性文件，適用于世界上建造的100 m以上的商船。

舊版規(guī)定：人體對(duì)船舶適居性的評(píng)估應(yīng)滿(mǎn)足SC4分技術(shù)委員會(huì)（處于振動(dòng)與沖擊下的人體）于1985年制定的ISO 2631/1（機(jī)械振動(dòng)與沖擊：人體處于全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)——第一部分：通用要求）的要求。但舊版ISO 6954與ISO 2631/1存在評(píng)價(jià)體系的不一致。同時(shí)，隨著技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)，在不斷融入最新科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上，歷經(jīng)12年之后，ISO 2631/1的1997年版正式取代了1985年版，對(duì)人體舒適性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)作了以下修改和補(bǔ)充［2］：

（1）增加了被測(cè)者的姿勢(shì)及測(cè)試部位；

（2）拓寬了分析頻率；

（3）采用和增加了新的頻率加權(quán)曲線(xiàn)；

（4）在峰值系數(shù)（峰值與有效值之比）大于9時(shí)增加了兩個(gè)附加評(píng)價(jià)指標(biāo)；

（5）修改了各方向振動(dòng)對(duì)人體影響的合成公式。

與之相適應(yīng)，ISO 6954的2000年版也應(yīng)運(yùn)而生，即《客船和商船適居性振動(dòng)測(cè)量、報(bào)告和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》［3］（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新版”），其主要用于評(píng)估人體對(duì)于船舶的適居性，與舊版相比存在很大不同。新版內(nèi)容與ISO 2631達(dá)成一致，解決了兩者爭(zhēng)端與不一致。同時(shí)，要求測(cè)量?jī)x器滿(mǎn)足ISO 8041（人體振動(dòng)反應(yīng)—測(cè)量?jī)x器）的要求。

按照ISO 6954的規(guī)定，新版應(yīng)取代舊版。但實(shí)際操作中，由于舊版使用多年，積累了很多數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，而新版與這些數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)之間缺乏確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此工業(yè)界對(duì)新版的接受顯得較為緩慢。同時(shí)，無(wú)論是船級(jí)社關(guān)于振動(dòng)評(píng)估的指導(dǎo)性意見(jiàn)還是實(shí)船振動(dòng)測(cè)試，目前多存在新舊版混用的情況。

部分船級(jí)社和國(guó)外文獻(xiàn)曾利用實(shí)船海試的分析結(jié)果來(lái)評(píng)估新舊版本孰嚴(yán)孰松，但目前國(guó)內(nèi)振動(dòng)界還未對(duì)此有過(guò)深入的分析比較。因此，有必要對(duì)ISO 6954新舊版的差異性進(jìn)行比較研究。

1 ISO 6954新舊版本的差異性比較

1.1 舊版ISO 6954的主要內(nèi)容

在進(jìn)行ISO 6954新舊版本差異性比較之前，首先來(lái)回顧一下舊版的主要內(nèi)容：

舊版適用于垂線(xiàn)間長(zhǎng)不小于100 m的，以透平和柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的商船，適用頻率范圍為1～100 Hz。其主要用于評(píng)估船體和上層建筑中正常工作和居住處所的振動(dòng)，但不作為驗(yàn)收或檢驗(yàn)機(jī)器設(shè)備的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)船舶振動(dòng)的耦合作用，舊版要求進(jìn)行垂向、縱向和橫向振動(dòng)的單獨(dú)振動(dòng)評(píng)估，其規(guī)定的可接受的振動(dòng)水平以最大重復(fù)值（Maximum Repetitive Amplitude，簡(jiǎn)稱(chēng) MRA）來(lái)表示。所謂最大重復(fù)值Zmra，如下式定義：

其中：Ztime-rms為基于時(shí)間平均的振動(dòng)響應(yīng)值的有效值（均方根值），用于反映振動(dòng)能量大小，有：

其中：z（t）通常是速度或加速度響應(yīng)值。

舊版給出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1和圖1所示。其中，凡實(shí)測(cè)的振動(dòng)響應(yīng)值（速度或加速度）在下限界線(xiàn)以下的為振動(dòng)輕微，表明船舶振動(dòng)環(huán)境良好；上限界線(xiàn)以上表示振動(dòng)難以接受，不合格；在上、下限界線(xiàn)之間的帶狀區(qū)域表示一般感受到的并可接受的船上振動(dòng)環(huán)境。

舊版認(rèn)為船體振動(dòng)通常表現(xiàn)為窄帶振動(dòng)，而且波峰系數(shù)通常為2.5（對(duì)應(yīng)的CF=1.8），這也是采用最大重復(fù)值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)。另外，舊版 ISO 6954要求人體對(duì)船舶適居性的評(píng)估應(yīng)滿(mǎn)足ISO 2631/1的要求，但同時(shí)認(rèn)為，如振動(dòng)響應(yīng)值滿(mǎn)足表1的要求，其也基本等效滿(mǎn)足ISO 2631/1的要求。

表1 舊版ISO 6954的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［1］Tab.1 Guidelines for the evaluation of old vibration standard ISO 6954 ［1］

圖1 舊版ISO 6954的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)示意圖［1］Fig.1 Diagram of evaluation of old vibration standard ISO 6954［1］（g=10 m/s2）

1.2 舊版ISO 6954存在的不足

從舊版的內(nèi)容分析，可以發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)不足之處：

（1）舊版未能充分表達(dá)人體對(duì)于復(fù)雜振動(dòng)的反應(yīng)，與工業(yè)界其它基于人體反應(yīng)的振動(dòng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 2631/1）不一致。

如前所述，舊版認(rèn)為，如振動(dòng)響應(yīng)值滿(mǎn)足其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，也基本等效滿(mǎn)足ISO 2631/1的要求，但反之并不成立，即滿(mǎn)足ISO 2631/1的振動(dòng)并不一定滿(mǎn)足舊版的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。究其原因，是兩者的評(píng)估體系不一致：前者采用最大重復(fù)值，而后者采用基于頻率加權(quán)匯總的有效值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。該頻率加權(quán)是對(duì)各振動(dòng)分量都賦予對(duì)應(yīng)人的振動(dòng)感覺(jué)的加權(quán)。

振動(dòng)對(duì)人體的影響程度，除了振動(dòng)強(qiáng)度以外，還與振動(dòng)頻率、振動(dòng)方向以及人體承受振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間（暴露時(shí)間）有關(guān)。這些內(nèi)容，除振動(dòng)強(qiáng)度以外，在舊版中均沒(méi)有反映。因此，可以說(shuō)，盡管舊版的評(píng)估依據(jù)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的觀(guān)察和體驗(yàn)，也可應(yīng)用于船員（或乘客）的適居性評(píng)估，但該標(biāo)準(zhǔn)未能提供方法來(lái)預(yù)測(cè)人體對(duì)于復(fù)雜振動(dòng)的反應(yīng)。

（2）舊版的評(píng)價(jià)對(duì)象僅針對(duì)響應(yīng)譜上的最大單一峰值，缺乏對(duì)其它峰值的考慮。

眾所周知，當(dāng)激勵(lì)源（如螺旋槳、主機(jī)等）的基頻或諧振頻率與船體結(jié)構(gòu)固有頻率接近時(shí)，船體結(jié)構(gòu)將發(fā)生共振或諧振，引起振動(dòng)響應(yīng)值（如速度、加速度等）在響應(yīng)譜上出現(xiàn)峰值。對(duì)應(yīng)于不同的激振頻率，在整個(gè)響應(yīng)譜上可能出現(xiàn)多個(gè)峰值。但舊版的評(píng)價(jià)對(duì)象僅針對(duì)整個(gè)響應(yīng)譜上的最大單一峰值（應(yīng)轉(zhuǎn)換為最大重復(fù)值），而不考慮響應(yīng)譜上的其它峰值。

但如果響應(yīng)譜上出現(xiàn)某個(gè)或某幾個(gè)峰值與最大峰值差別較小時(shí)，僅考慮最大峰值顯然欠妥當(dāng)。最大單一峰值可能滿(mǎn)足振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，但多個(gè)激勵(lì)源的響應(yīng)值組合有可能超過(guò)振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。這種情況在集裝箱船的振動(dòng)響應(yīng)譜上較多出現(xiàn)，較大峰值集中在螺旋槳葉頻、倍葉頻及主機(jī)缸頻附近，而且峰值數(shù)值差別較小。

（3）舊版僅考慮窄帶，缺乏對(duì)響應(yīng)譜寬帶特性的認(rèn)識(shí)。

如前所述，舊版認(rèn)為船體振動(dòng)通常表現(xiàn)為窄帶振動(dòng)。但事實(shí)上，響應(yīng)譜的寬帶特性在客船的振動(dòng)響應(yīng)譜上較多出現(xiàn)。典型的窄帶響應(yīng)譜和寬帶響應(yīng)譜如圖2所示。

對(duì)于寬帶響應(yīng)譜，如分別用舊版ISO 6954和ISO 2631/1進(jìn)行振動(dòng)評(píng)估，評(píng)估結(jié)果有可能大相徑庭。

圖2 典型的窄/寬帶響應(yīng)譜Fig.2 Diagram of typical narrow/broad band response spectrums

（4）舊版中的轉(zhuǎn)換系數(shù)CF在實(shí)際測(cè)量中較難確定。

如前所述，舊版采用最大重復(fù)值作為評(píng)價(jià)對(duì)象，但如果在實(shí)際測(cè)量中采用基于時(shí)間平均的振幅有效值，則按式（1）進(jìn)行響應(yīng)轉(zhuǎn)換。其中，CF應(yīng)通過(guò)測(cè)量確定，如不能確定，則按舊版要求應(yīng)取為1.8。然而，實(shí)際測(cè)量中不同振源的影響導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)混合在一起難以區(qū)分，因此CF難以確定。隨著大量實(shí)船測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)積累，船級(jí)社針對(duì)不同船型，對(duì)CF值有經(jīng)驗(yàn)值可以借鑒。如德國(guó)勞氏船級(jí)社（GL）針對(duì)集裝箱船推薦，由螺旋槳激振頻率引起的振動(dòng)，取CF=1.8；對(duì)于由主機(jī)激振頻率引起的振動(dòng)，取CF=1.3。

1.3 新版ISO 6954的主要內(nèi)容

2000年，新版ISO 6954正式發(fā)布，對(duì)舊版進(jìn)行了全面修改，包括理論體系和實(shí)際測(cè)量方面。

1.3.1 人體對(duì)于復(fù)雜振動(dòng)反應(yīng)的表述

如前所述，舊版的評(píng)估僅是針對(duì)垂向、縱向和橫向振動(dòng)的單獨(dú)振動(dòng)評(píng)估，主要用于船體振動(dòng)評(píng)估，其依據(jù)雖然來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的觀(guān)察和體驗(yàn)，也可應(yīng)用于船員（或乘客）的適居性評(píng)估，但該標(biāo)準(zhǔn)未能提供方法來(lái)預(yù)測(cè)人體對(duì)于復(fù)雜振動(dòng)的反應(yīng)。

而新版主要用于評(píng)估人體對(duì)于船舶的適居性，內(nèi)容與ISO 2631達(dá)成一致。新版規(guī)定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并不只限于單項(xiàng)振動(dòng)，而是采用全面的量化數(shù)據(jù)來(lái)限制船上的振動(dòng)水平。其使用的評(píng)價(jià)對(duì)象是基于頻率加權(quán)匯總的有效值，即考慮了1/3倍頻程中所有介于1～80 Hz的激勵(lì)源的總和。這些頻率加權(quán)曲線(xiàn)是基于人體對(duì)振動(dòng)的敏感度曲線(xiàn)得到的，反映了人體對(duì)不同頻率振動(dòng)的反應(yīng)，如圖3所示。

1.3.2 理論體系方面的修改

ISO 6954新舊版本在理論體系上的最大差異就是評(píng)價(jià)對(duì)象和評(píng)價(jià)指標(biāo)。

如前所述，舊版采用最大重復(fù)值作為評(píng)價(jià)對(duì)象。而新版考慮了人體對(duì)不同頻率振動(dòng)的反應(yīng)，采用基于頻率加權(quán)匯總的有效值Zfreq-rms作為評(píng)價(jià)對(duì)象。Zfreq-rms的定義如下：

其中：wi為針對(duì)第i個(gè)1/3倍頻帶的權(quán)重系數(shù)。包括以加速度為輸入量的Wa和以速度為輸入量的Wv，具體數(shù)值可參見(jiàn)新版的頻率加權(quán)曲線(xiàn)［3］或由表2查得。zi為在1～80 Hz全頻帶內(nèi)1/3倍頻程的第i個(gè)頻帶的響應(yīng) r.m.s.值（速度或加速度）。

從表2可以看到，新版要求的振動(dòng)評(píng)估是針對(duì)整個(gè)響應(yīng)譜的，而不是如舊版所要求的單一峰值頻率。因此，新版在理論上既考慮了響應(yīng)譜上的最大單一峰值，又考慮了其它峰值的影響，其評(píng)價(jià)值是表征船體整個(gè)振動(dòng)情況的一個(gè)單一值。

圖3 人體對(duì)振動(dòng)的敏感度曲線(xiàn)［3］Fig.3 Human sensitivity curve in new ISO 6954 ［3］

表2 新版ISO 6954要求的1/3倍頻程頻率加權(quán)系數(shù)［3］Tab.2 Combined frequency weighting of new ISO 6954 in one-third-octave band［3］

基于式（3）的計(jì)算結(jié)果，新版給出了船舶上不同區(qū)域適居性的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，如表3所示，高于上限值認(rèn)定為有害振動(dòng)，低于下限值為無(wú)害振動(dòng)，介于上下限值間的船上振動(dòng)環(huán)境，通常是認(rèn)為可以接受的。其中A類(lèi)區(qū)代表乘客居住處所，B類(lèi)區(qū)代表船員生活處所，C類(lèi)區(qū)代表工作處所。

表3 新版ISO 6954對(duì)船上不同區(qū)域適居性的指南［3］Tab.3 Guidelines of new ISO 6954 for the habitability of different areas on a ship ［3］

同時(shí)，新版也考慮了響應(yīng)譜頻帶寬度的影響。如圖2所示的某典型窄帶響應(yīng)譜和某典型寬帶響應(yīng)譜，其針對(duì)速度的評(píng)價(jià)對(duì)象Zfreq-rms均為2.1 mm/s，表明：基于新版的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，這兩種響應(yīng)譜代表的區(qū)域的適居性相同。但如果采用舊版的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，顯然兩者響應(yīng)譜中的最大重復(fù)值差別較大。

除此之外，新版的評(píng)估體系中已不再使用“最大重復(fù)值”、“波峰系數(shù)”、“轉(zhuǎn)換系數(shù)CF”等概念。

1.3.3 實(shí)際測(cè)量方面的差異

舊版在實(shí)際測(cè)量時(shí)多采用快速傅里葉（FFT）信號(hào)儀器，可采集到如前所述的所謂“平均波幅值”，然后通過(guò)測(cè)量或經(jīng)驗(yàn)得到的轉(zhuǎn)換系數(shù)CF，按式（2）計(jì)算得到最大重復(fù)值用以振動(dòng)評(píng)估。而新版采用的測(cè)量設(shè)備多為振級(jí)計(jì)，即考慮頻率加權(quán)功能（由模擬器或數(shù)值計(jì)算完成），這些設(shè)備在汽車(chē)等機(jī)械振動(dòng)測(cè)量方面已有較廣泛的使用［2］。這是ISO 6954新舊版本在實(shí)際測(cè)量方面的最大差異。

除此之外，舊版的數(shù)據(jù)測(cè)量遵循ISO 4867和ISO 4868的要求。而新版要求用以測(cè)量和記錄的設(shè)備，包括分析儀、數(shù)字化儀、譜分析或時(shí)間記錄儀等，應(yīng)滿(mǎn)足ISO 8041關(guān)于人體對(duì)于振動(dòng)響應(yīng)的要求。新版規(guī)定了測(cè)量設(shè)備的頻率上限為80 Hz，如儀器的頻率指示大于80 Hz，則其濾波器特性應(yīng)滿(mǎn)足ISO 2631-2的加權(quán)規(guī)定。如果需要進(jìn)行數(shù)據(jù)后續(xù)分析，則新版要求測(cè)量數(shù)據(jù)需用永久性記錄設(shè)施，如磁帶或電腦硬盤(pán)。

另外，新版對(duì)實(shí)船測(cè)量條件也進(jìn)行了明確規(guī)定：

① 直線(xiàn)航程下的自由航行測(cè)試，即船舶在一定速度下，且舵角在正負(fù)2°范圍內(nèi)；② 主機(jī)運(yùn)行為額定轉(zhuǎn)速或營(yíng)運(yùn)轉(zhuǎn)速；③ 海況應(yīng)不大于3級(jí)；④ 螺旋槳完全浸沒(méi)；⑤ 水深不小于船舶吃水的5倍。

1.4 新版ISO 6954存在的不足

雖然，新版考慮了人體對(duì)不同頻率振動(dòng)的反應(yīng)，在理論體系和實(shí)際測(cè)量方面進(jìn)行了全面修改，但仍然存在以下幾點(diǎn)不足：

（1）新版要求的評(píng)估涉及到整個(gè)響應(yīng)譜的分析，不利于有限元分析，而且不能從響應(yīng)譜中直接讀?。欢f版提供的評(píng)估方法較為直觀(guān)，能將峰值直接與振源聯(lián)系起來(lái)，而且通過(guò)有限元分析有可能計(jì)算出最合適的修正數(shù)據(jù)；

（2）雖然新版考慮了響應(yīng)譜的寬帶特性，但對(duì)于響應(yīng)譜峰值較小、頻帶較寬且振動(dòng)能量集中在中、高頻段（16～65 Hz）的情況（如圖4所示），新版給出的振動(dòng)評(píng)估可能不真實(shí)。圖4給出了某居住處所垂直振動(dòng)的速度響應(yīng)譜，其最大峰值為1.28 mm/s。按舊版，考慮轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.8，則最大重復(fù)值為2.3 mm/s，小于4 mm/s的下限值，表明該振動(dòng)良好，體現(xiàn)出較高的舒適度水平。但按新版的要求，考慮頻率加權(quán)，由于響應(yīng)譜峰值集中在中、高頻段，權(quán)重較大，因此最終計(jì)算得到的基于頻率加權(quán)匯總的有效值較大，遠(yuǎn)大于新版給出的A類(lèi)區(qū)域（旅客居住區(qū)）的下限值2 mm/s，則表明該區(qū)域舒適度較差。但實(shí)際情況則是該居住艙室很舒適。

圖4 某客船居住處所垂直振動(dòng)的速度響應(yīng)譜Fig.4 A typical spectra of vertical vibration on a cruise ship

1.5 國(guó)外文獻(xiàn)對(duì)ISO 6954新舊版本的比較結(jié)果

作為設(shè)計(jì)者而言，在分析比較完ISO 6954新舊版本的差異性后，最關(guān)心的就是新版是否提高了振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。但由于國(guó)內(nèi)對(duì)ISO 6954新舊版本的比較較少，缺乏實(shí)船測(cè)試數(shù)據(jù)；同時(shí)由于新舊版本的信號(hào)處理方法完全不同，因此針對(duì)理論波形的比較分析結(jié)果也無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。以下僅給出部分國(guó)外船級(jí)社及國(guó)外文獻(xiàn)的比較結(jié)果：

英國(guó)勞氏船級(jí)社（LR）曾針對(duì)5艘船的不同位置，分別按舊版和新版進(jìn)行過(guò)振動(dòng)評(píng)估［4］。這5艘船中包括4艘客船（2艘渡船和2艘郵船）和1艘LNG船，垂線(xiàn)間長(zhǎng)從104 m到320 m不等。按舊版進(jìn)行振動(dòng)評(píng)估時(shí)取轉(zhuǎn)換系數(shù)CF=1.8。評(píng)估的結(jié)果如圖5所示。

從圖5中可以看到：如按舊版評(píng)估，有2個(gè)評(píng)估對(duì)象的評(píng)估值大于舊版要求的下限標(biāo)準(zhǔn)（4 mm/s），但還在可接受范圍內(nèi)（小于9 mm/s）。如按新版評(píng)估，有7個(gè)評(píng)估對(duì)象的評(píng)估值大于新版要求的A類(lèi)區(qū)域的下限標(biāo)準(zhǔn)（2 mm/s），但還在可接受范圍內(nèi)（4 mm/s）；如按B類(lèi)區(qū)域，則有2個(gè)評(píng)估對(duì)象的評(píng)估值大于其要求的下限標(biāo)準(zhǔn)（3 mm/s）；如按C類(lèi)區(qū)域，則所有評(píng)估對(duì)象的評(píng)估值均在其要求的下限標(biāo)準(zhǔn)（4 mm/s）內(nèi)。由此可見(jiàn)，ISO 6954新舊版本的評(píng)估結(jié)果基本一致。

圖5 LR針對(duì)5艘船不同位置進(jìn)行的ISO 6954新舊版本的振動(dòng)評(píng)估比較［4］Fig.5 Comparison of shipboard measurements on 5 vessels analyzed to the new and old ISO 6954 by LR ［4］

Biot等［5］針 對(duì)郵船進(jìn)行了 ISO 6954新舊版本的對(duì)比研究，采用無(wú)因次化的方法，即分別將新舊版的下限值作為標(biāo)準(zhǔn)值，將實(shí)船測(cè)試得到的數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行化無(wú)因次處理，得到如圖6所示的對(duì)比圖，從中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于窄帶的響應(yīng)譜，新舊版本的振動(dòng)評(píng)估結(jié)果比較一致，但新版的要求略高一些。但同時(shí)指出，針對(duì)類(lèi)似圖4所示響應(yīng)譜進(jìn)行振動(dòng)評(píng)估時(shí)，新舊版本的評(píng)估結(jié)果正好相反——新版的結(jié)果不真實(shí)。

也有文獻(xiàn)認(rèn)為［6］，與舊版相比，新版要求的振動(dòng)限制規(guī)定并無(wú)實(shí)質(zhì)性提高。同時(shí)，建議繼續(xù)使用舊版ISO 6954，原因是認(rèn)為舊版提供的評(píng)估方法有效且直觀(guān)，而且也有多年的經(jīng)驗(yàn)積累，并且數(shù)值分析計(jì)算結(jié)果能作為有效的預(yù)測(cè)依據(jù)。

松本等［7］對(duì)ISO 6954新舊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較，同時(shí)闡述了在應(yīng)用過(guò)程中的體會(huì)。另外，為了進(jìn)行定量比較，還推導(dǎo)了從感覺(jué)量變換為物理量的變換公式。并通過(guò)實(shí)船測(cè)試，針對(duì)單一振動(dòng)頻率的情況，得到20艘船的平均數(shù)據(jù)為最大單一頻率速度值的1.23倍。因此認(rèn)為，新標(biāo)準(zhǔn)的要求略高，但基本上與舊標(biāo)準(zhǔn)保持在相同水平上。

圖6 ISO 6954新舊版本無(wú)因次化比較結(jié)果［5］Fig.6 Dimensionless comparison of shipboard measurements analyzed to new and old ISO 6954 ［5］

通過(guò)以上文獻(xiàn)的比較結(jié)果看，ISO 6954新版的振動(dòng)評(píng)估結(jié)果基本上與舊版保持在相同水平上。

2 如何使用ISO 6954振動(dòng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

從上述分析結(jié)論，可以看到：新版內(nèi)容與ISO 2631達(dá)成一致，充分表達(dá)人體對(duì)于復(fù)雜振動(dòng)的反應(yīng)，而且解決了舊版的孰多不足之處，雖然針對(duì)個(gè)別響應(yīng)譜（如圖4所示）評(píng)估結(jié)果有問(wèn)題以外，新版給出的評(píng)估結(jié)果與舊版基本保持在相同水平上。

考慮到舊版的使用時(shí)間較長(zhǎng)，積累了大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，而且其評(píng)估表達(dá)形式較為直觀(guān)，有利于設(shè)計(jì)初期的數(shù)值預(yù)報(bào)，而新版涉及到整個(gè)響應(yīng)譜的分析，不利于數(shù)值預(yù)報(bào)。

因此，在實(shí)際使用ISO 6954振動(dòng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，建議采用如下方法：

（1）在簽訂規(guī)格書(shū)階段，船廠(chǎng)應(yīng)與船東明確采用ISO 6954的何種版本，如采用新版，應(yīng)按新版的建議確定采用何種評(píng)估區(qū)域（A、B或C類(lèi)區(qū)域）以及相應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)值限制標(biāo)準(zhǔn)（通常可取較低的指標(biāo)，即上限要求）；

（2）在設(shè)計(jì)階段，無(wú)論規(guī)格書(shū)采用ISO 6954的何種版本，作振動(dòng)預(yù)報(bào)時(shí)，均可采用舊版進(jìn)行數(shù)值分析，振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)建議按舊版的下限要求（即較高的指標(biāo)），其中轉(zhuǎn)換系數(shù)CF按積累的經(jīng)驗(yàn)值或船級(jí)社的推薦值；

（3）在實(shí)船測(cè)試階段，按規(guī)格書(shū)確定的ISO 6954版本以及明確的振動(dòng)響應(yīng)限制值進(jìn)行振動(dòng)評(píng)估；如采用舊版，則按要求應(yīng)將所謂平均波幅值（頻譜儀上通常可直接讀取的峰值）轉(zhuǎn)換為最大重復(fù)值，才能進(jìn)行相應(yīng)振動(dòng)評(píng)估；

（4）對(duì)于如圖4所示的響應(yīng)譜（響應(yīng)譜峰值較小、頻帶較寬且振動(dòng)能量集中在中、高頻段），建議采用舊版進(jìn)行振動(dòng)評(píng)估。

3 結(jié)論

本文對(duì)ISO 6954新舊版本進(jìn)行了差異性比較，并介紹了國(guó)外文獻(xiàn)對(duì)此的分析比較結(jié)果，同時(shí)給出了在實(shí)船項(xiàng)目中如何使用ISO 6954的幾點(diǎn)建議。但本文的分析比較多局限在規(guī)范條款及背景知識(shí)的對(duì)比，缺乏實(shí)船的測(cè)試數(shù)據(jù)比較，希望今后能有更多的國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)來(lái)討論這方面的問(wèn)題。

［1］ ISO.Mechanical vibration and shock-Guidelines for the overall evaluation of vibration in merchant ships［S］.ISO 6954：1984（E），Switzerland：ISO，1984-12-15.

［2］黃 建，胡冰樂(lè).振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的變化及數(shù)字式振級(jí)計(jì)［J］.江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1999，20（6）：90-92.

［3］ ISO.Mechanical vibration-Guidelines for the measurement，reporting and evaluation of vibration with regard to habitability on passenger and merchant ships［S］.ISO 6954：2000（E）.Switzerland：ISO，2000-12-15.

［4］ Carlton J S，Vlasic D.Ship vibration and noise：Some topical aspects［A］.1stInternational Ship Noise and Vibration Conference［C］//London，2005，June，20-21.

［5］ Biot M，Lorenzo F D.Noise and vibration on board cruise ships：are new standards effective［A］.2ndInternational Conference on Marine Research and Transportation［C］//ICMRT＇07 Ischia（Naples），Italy，2007，28-30：93-100.

［6］高廣卿.舒適度標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)［J］.船艇，2006（257）：36-40.

［7］傅文昌，譯.《日本造船學(xué)會(huì)志》864號(hào).船體振動(dòng)設(shè)計(jì)的研究動(dòng)向［J］.國(guó)外艦船工程，2003，291（5）：11-15.