ISO 20283-2:2008
(Main)Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships — Part 2: Measurement of structural vibration
Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships — Part 2: Measurement of structural vibration
ISO 20283-2:2008 gives guidelines, and specifies requirements and procedures for the measurement, diagnostic evaluation and reporting of structural vibration of ships, excited by the propulsion plant. Structural vibration can be of global or of local nature. Here, primarily global vibration is dealt with. Local vibration of deck structures from a habitability point of view is dealt with in ISO 6954. Occurrence of local vibration leading to fatigue damage is rare and strongly related to the individual configuration. Therefore, no general guideline for the measurement of such type of vibration is provided within the scope of ISO 20283 (all parts). For reference, some basic information regarding the design of structures with respect to local structural vibration is provided. ISO 20283-2:2008 does not consider transient ship vibration phenomena, e.g., as excited by slamming. Even though torsional shaft or crankshaft vibration may in some cases cause relevant structural vibration, they are not considered here. In this connection, reference can be made to the relevant classification rules and ISO 20283-4.
Vibrations mécaniques — Mesurage des vibrations à bord des navires — Partie 2: Mesurage des vibrations structurelles
L'ISO 20283-2:2008 donne des lignes directrices et spécifie des exigences et des modes opératoires pour le mesurage, l'évaluation et la présentation des vibrations structurelles des navires lorsque l'excitation est exercée par le système de propulsion. Les vibrations structurelles peuvent être des vibrations d'ensemble ou locales. Le présent document traite essentiellement des vibrations d'ensemble. Les vibrations locales des structures de pont du point de vue de l'habitabilité sont traitées dans l'ISO 6954. L'apparition de vibrations locales conduisant à un endommagement par fatigue est rare et fortement liée à une configuration locale spécifique. Par conséquent, aucune ligne directrice générale pour le mesurage de vibrations de ce type n'est fournie dans le domaine d'application de l'ISO 20283 (toutes les parties). À titre de référence, des informations de base concernant la conception des structures en matière de vibrations structurelles locales sont données en Annexe D. L'ISO 20283-2:2008 ne prend pas en compte les phénomènes vibratoires transitoires du navire, par exemple ceux pour lesquels l'excitation est exercée par le tossage. Même si les vibrations de torsion de l'arbre ou du vilebrequin peuvent dans certains cas provoquer des vibrations structurelles, elles ne sont pas prises en compte dans la présente norme. À cet égard, il peut être fait référence aux règles de classification correspondantes et à l'ISO 20283‑4.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20283-2
First edition
2008-11-01
Mechanical vibration — Measurement
of vibration on ships —
Part 2:
Measurement of structural vibration
Vibrations mécaniques — Mesurage des vibrations à bord
des navires —
Partie 2: Mesurage des vibrations structurelles
Reference number
ISO 20283-2:2008(E)
©
ISO 2008
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ISO 20283-2:2008(E)
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Published in Switzerland
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ISO 20283-2:2008(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Measurement conditions and manoeuvres. 2
5 Measurement positions. 3
6 Signal acquisition, processing and storage .3
7 Test report . 4
Annex A (informative) Typical extent of measurement positions for global ship vibration. 6
Annex B (informative) Procedure for optional propeller pressure pulse measurements. 8
Annex C (informative) Examples for a result presentation of global vibration measurement. 10
Annex D (informative) Local structural vibration. 14
Bibliography . 15
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ISO 20283-2:2008(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 20283-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and condition
monitoring, Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied
to machines, vehicles and structures.
This part of ISO 20283 cancels and replaces ISO 4867:1984 and ISO 4868:1984, of which it constitutes a
technical revision.
ISO 20283 consists of the following parts, under the general title Mechanical vibration — Measurement of
vibration on ships:
⎯ Part 2: Measurement of structural vibration
⎯ Part 3: Pre-installation vibration measurement of shipboard equipment
The following parts are under preparation:
⎯ Part 1: General guidelines
⎯ Part 4: Measurement and evaluation of vibration of the ship propulsion machinery
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ISO 20283-2:2008(E)
Introduction
Vibration in a ship is generated by machinery, propeller and sea. The vibration responses of the ship structure
at different locations are dependent on the dynamic forces and natural frequencies. The dynamic forces vary
with the engine load, and the speed and draught of the ship. The natural frequencies vary with the loading
condition and draught of the ship.
Global structural vibration in a ship is highly dependent on these parameters. This part of ISO 20283 gives
guidance how to obtain an overall picture of the vibration behaviour of the ship by setting up guidelines for
measurement of natural frequencies and vibration responses at selected positions under a given loading
condition of the ship.
Such data are necessary to describe uniformly the vibration characteristics of ship hulls and the relevant
excitation originating from the propulsion plant. This will provide a basis for improved vibration engineering,
i.e., systematic comparison against theoretical predictions, other ships and vibration reference levels.
Inclusion of this part of ISO 20283 in the building specification or the contract between purchaser and builder
does not necessarily require the measurements and evaluations as described in this part of ISO 20283.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 20283-2:2008(E)
Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships —
Part 2:
Measurement of structural vibration
1 Scope
This part of ISO 20283 gives guidelines, and specifies requirements and procedures for the measurement,
diagnostic evaluation and reporting of structural vibration of ships, excited by the propulsion plant. Structural
vibration can be of global or of local nature. Here, primarily global vibration is dealt with.
Local vibration of deck structures from a habitability point of view is dealt with in ISO 6954. Occurrence of
local vibration leading to fatigue damage is rare and strongly related to the individual configuration. Therefore,
no general guideline for the measurement of such type of vibration is provided within the scope of ISO 20283
(all parts). For reference, some basic information regarding the design of structures with respect to local
structural vibration is provided in Annex D.
This part of ISO 20283 does not consider transient ship vibration phenomena, e.g., as excited by slamming.
Even though torsional shaft or crankshaft vibration can in some cases cause relevant structural vibration, they
are not considered here. In this connection, reference can be made to the relevant classification rules and
ISO 20283-4.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
1)
ISO 2041: Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041 and the following apply.
3.1
global structural vibration
vibration deflection shapes involving major structural parts of the ship
NOTE Major parts of a ship include: hull girder, superstructure, and aft body.
1) To be published. (Revision of ISO 2041:1990)
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3.2
local structural vibration
vibration deflection shapes which are limited to one structural part of the ship
NOTE Local parts of a ship include: parts of the superstructure, mast, tank bulkheads, web frame, stiffener, and plate.
3.3
free route
condition achieved when the ship is proceeding at a constant speed and course with helm adjustment of ± 2°
or less and no throttle adjustment
3.4
hull girder
primary hull structure contributing to flexural rigidity of the hull, the static and dynamic behaviour of which can
be described by a free-free non-uniform beam approximation
NOTE Primary hull structure includes: shell plating, continuous longitudinal strength members and stiffeners, and
continuous strength decks.
3.5
operational vibration deflection shape
vibration pattern reflecting the dynamic response of the hull structure to a vibration excitation (forced
response)
4 Measurement conditions and manoeuvres
A set of measurements is recommended to be performed on the first ship of a series (if any) to show that it
does not suffer from vibration deficiencies with respect to global vibration. These measurements are
conducted for informational purposes and include comparison with results of theoretical prediction, and not
with the aim to confirm compliance with any vibration level limit values. Nevertheless, measurement
evaluation should include comparison with results of theoretical predictions and measurement results obtained
for other ships.
The water depth shall be more than 5 times the ship draught. If the ship is intended for service in shallow
waters, the trial depth shall be chosen accordingly.
The sea state shall be below 3. If greater than 3, the sea state shall be noted in the measurement report and
the report should also contain a section with signal analysis applied to high-pass filtered measurement data
(> 2 Hz).
The ship shall be loaded so that, as a minimum, the propeller is fully immersed. This loading condition (test
condition) during sea trial of the ship should preferably be a normal operating condition (ballast or loaded
condition). It should be considered that for ships with larger variation in relevant displacements, global
vibration characteristics may change significantly. Tendencies can be concluded from theoretical
investigations, if available. If measurements during ship service conditions need to be carried out for further
diagnosis, the procedures as provided in this guideline should be applied in analogy. In such cases,
measurement transducers should be placed also at the bow into transverse and vertical directions to better
capture the change of the natural frequencies of the global hull vibration modes with varying loading condition.
For the determination of the main operational vibration deflection shapes and the associated natural vibration
mode shapes and frequencies, measurements shall be conducted in free route runs in the speed range
corresponding to approximately 30 % to 100 % of maximum continuous rated power. The following sequence
is recommended.
a) Fixed pitch propellers: measure at discrete constant rotational speed steps with increases of
approximately 2 % of maximum continuous rated propeller shaft rotational speed. Alternatively, if a
harmonic order tracking technique is applied for data acquisition and analysis, rotational propeller shaft
speed (propulsion shaft speed) may be increased slowly and continuously over a period not less than
45 min. An even lower rate of change of rotational speed or smaller steps should be used in or near
resonance conditions, allowing for approximately continuous quasi-stationary conditions.
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b) Controllable pitch propellers: the ship's standard combinatory curve for rotational speed and pitch
increments leading to at least 20 measurement sets over the ship's operational speed range. If
resonances cannot be identified by this procedure, the pitch shall be kept constant at approximately 80 %
and the rotational speed rate changed in such a way as to cover the frequency range of interest
adequately.
During each step, data should be recorded for at least 60 s.
If quasi-continuous operating conditions have not been ensured during speed-up trials, the following rotational
spee
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 20283-2
Première édition
2008-11-01
Vibrations mécaniques — Mesurage
des vibrations à bord des navires —
Partie 2:
Mesurage des vibrations structurelles
Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships —
Part 2: Measurement of structural vibration
Numéro de référence
ISO 20283-2:2008(F)
©
ISO 2008
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ISO 20283-2:2008(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Version française parue en 2014
Publié en Suisse
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ISO 20283-2:2008(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Conditions de mesurage et manœuvres . 2
5 Positions de mesurage . 3
6 Acquisition, traitement et enregistrement des signaux . 4
7 Rapport d’essai . 4
Annexe A (informative) Étendue typique des positions de mesurage des vibrations d’ensemble
du navire . 6
Annexe B (informative) Mode opératoire pour les mesurages facultatifs des impulsions de
pression de l’hélice . 9
Annexe C (informative) Exemples de présentation des résultats de mesurage des
vibrations d’ensemble .11
Annexe D (informative) Vibrations structurelles locales .15
Bibliographie
.16
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ISO 20283-2:2008(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de
la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC concernant
les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos — Informations
supplémentaires.
L’ISO 20283-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques, et leur
surveillance, sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les
machines, les véhicules et les structures.
La présente partie de l’ISO 20283 annule et remplace les normes ISO 4867:1984 et ISO 4868:1984, qui
ont fait l’objet d’une révision technique.
L’ISO 20283 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Vibrations mécaniques —
Mesurage des vibrations à bord des navires:
— Partie 2: Mesurage des vibrations structurelles
— Partie 3: Mesurage des vibrations des équipements de bord avant leur installation
Les parties suivantes sont en préparation:
— Partie 1: Lignes directrices générales
— Partie 4: Mesurage et évaluation des vibrations des machines de propulsion des navires
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ISO 20283-2:2008(F)
Introduction
Dans un navire, les vibrations sont générées par les machines, l’hélice et la mer. Le comportement
vibratoire de la structure du navire en différents endroits est fonction des forces dynamiques et des
fréquences propres. Les forces dynamiques varient en fonction de la charge du moteur, de la vitesse et
du tirant d’eau du navire. Les fréquences propres varient en fonction des conditions de chargement et
du tirant d’eau du navire.
Les vibrations structurelles d’ensemble d’un navire dépendent fortement de ces paramètres. Cette
partie de l’ISO 20283 donne des conseils sur la façon d’obtenir une vue d’ensemble du comportement
vibratoire du navire par la mise en place de lignes directrices pour le mesurage des fréquences propres
et du comportement vibratoire à des emplacements sélectionnés dans une condition de chargement
donné du navire.
De telles données sont nécessaires pour décrire uniformément les caractéristiques vibratoires des
coques de navires et l’excitation correspondante induite par le système de propulsion. Elles fourniront
une base visant à améliorer l’ingénierie des vibrations, notamment par une comparaison systématique
avec les prévisions théoriques, avec d’autres navires et avec des niveaux de référence de vibrations.
L’incorporation de la présente partie de l’ISO 20283 dans les spécifications de construction ou dans le
contrat entre l’acheteur et le constructeur ne requiert pas nécessairement la réalisation des mesurages
et des évaluations de la manière décrite dans la présente partie de l’ISO 20283.
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NORME INTERNATIONALE ISO 20283-2:2008(F)
Vibrations mécaniques — Mesurage des vibrations à bord
des navires —
Partie 2:
Mesurage des vibrations structurelles
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 20283 donne des lignes directrices et spécifie des exigences et des modes
opératoires pour le mesurage, l’évaluation et la présentation des vibrations structurelles des navires
lorsque l’excitation est exercée par le système de propulsion. Les vibrations structurelles peuvent
être des vibrations d’ensemble ou locales. Le présent document traite essentiellement des vibrations
d’ensemble.
Les vibrations locales des structures de pont du point de vue de l’habitabilité sont traitées dans l’ISO 6954.
L’apparition de vibrations locales conduisant à un endommagement par fatigue est rare et fortement liée
à une configuration locale spécifique. Par conséquent, aucune ligne directrice générale pour le mesurage
de vibrations de ce type n’est fournie dans le domaine d’application de l’ISO 20283 (toutes les parties).
À titre de référence, des informations de base concernant la conception des structures en matière de
vibrations structurelles locales sont données en Annexe D.
La présente partie de l’ISO 20283 ne prend pas en compte les phénomènes vibratoires transitoires du
navire, par exemple ceux pour lesquels l’excitation est exercée par le tossage.
Même si les vibrations de torsion de l’arbre ou du vilebrequin peuvent dans certains cas provoquer des
vibrations structurelles, elles ne sont pas prises en compte dans la présente norme. À cet égard, il peut
être fait référence aux règles de classification correspondantes et à l’ISO 20283-4.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
1)
ISO 2041, Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 2041 et ci-après
s’appliquent.
3.1
vibrations structurelles d’ensemble
déformées modales impliquant des parties structurelles principales du navire
Note 1 à l’article: Les parties principales d’un navire sont: la poutre-navire, la superstructure et la structure
arrière.
1) À publier (révision de l’ISO 2041:1990).
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ISO 20283-2:2008(F)
3.2
vibrations structurelles locales
déformées modales limitées à une partie structurelle du navire
Note 1 à l’article: Les parties locales d’un navire incluent: des parties de la superstructure, le mât, les cloisons de
citernes, les porques, les raidisseurs et les tôleries.
3.3
route libre
état atteint lorsque le navire se déplace à vitesse constante en ligne droite avec une variation de cap
maximale de ± 2° et sans variation du régime moteur
3.4
poutre-navire
structure principale de la coque contribuant à la rigidité en flexion de la coque et dont le comportement
statique et dynamique approché est celui d’une poutre avec un encastrement libre-libre chargée de
façon non uniforme
Note 1 à l’article: La structure principale de la coque comprend: le bordé, les raidisseurs et éléments résistants
longitudinaux continus ainsi que les ponts résistants continus.
3.5
déformée modale opérationnelle
modèle vibratoire qui reflète la réponse dynamique de la structure de la coque à une excitation vibratoire
(réponse forcée)
4 Conditions de mesurage et manœuvres
Il est recommandé d’effectuer un ensemble de mesurages sur le premier navire d’une série (le cas
échéant) pour vérifier qu’il n’est pas affecté par des vibrations d’ensemble. Ces mesurages sont effectués
à titre d’information et incluent une comparaison avec les résultats des prévisions théoriques. Ils n’ont
pas pour but de confirmer la conformité avec des valeurs limites de niveaux de vibrations. Néanmoins,
il convient que l’évaluation des mesurages inclue une comparaison avec les résultats des prévisions
théoriques et avec les résultats des mesurages obtenus pour d’autres navires.
La profondeur d’eau doit être supérieure à 5 fois le tirant d’eau du navire. Si le navire est destiné à
naviguer en eaux peu profondes, la profondeur d’essai doit être choisie en conséquence.
L’état de la mer doit être inférieur à 3. Si l’état de la mer est supérieur à 3, il doit être noté dans le
rapport de mesurage et il convient que ce dernier contienne aussi une section décrivant l’analyse de
signal appliquée aux données de mesurage filtrées à l’aide d’un filtre passe-haut (> 2 Hz).
Le navire doit être chargé de telle sorte que, au minimum, l’hélice soit entièrement immergée. Il
convient que cette condition de chargement (condition d’essai) pendant l’essai en mer du navire soit, de
préférence, un état d’exploitation normal (condition lesté ou chargé). Il convient de prendre en compte
le fait que, pour les navires dont les déplacements peuvent fortement varier, les caractéristiques de
vibration d’ensemble peuvent changer de façon importante. Si des résultats d’études théoriques sont
disponibles, des tendances peuvent en être déduites. S’il est nécessaire d’effectuer des mesurages dans
des situations de service opérationnel du navire pour effectuer des diagnostics supplémentaires, il
conviendra d’appliquer par analogie les modes opératoires des présentes lignes directives. Dans de tels
cas, il convient de mettre en place également des capteurs de mesurage à l’avant dans les directions
transversale et verticale afin de mieux détecter le changement des fréquences propres des modes de
vibrations d’ensemble de la coque induit par des variations de l’état de chargement.
Pour la détermination des déformées modales opérationnelles principales ainsi que des fréquences et
des modes de vibration propres, les mesurages doivent être effectués au cours de trajets en route libre
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ISO 20283-2:2008(F)
dans une plage de vitesse correspondant à 30 % à 100 % environ de la puissance nominale continue
maximale. La séquence suivante est recommandée.
a) Hélices à pas fixe: effectuer les mesurages à des paliers distincts de vitesse de rotation constante en
augmentant de 2 % environ la vitesse de rotation maximale continue de l’arbre d’hélice entre chaque
palier. En variante, si l’on applique une technique de suivi d’ordres pour l’acquisition et l’analyse des
données, il est possible d’augmenter lentement et de façon continue la vitesse de rotation de l’arbre
d’hélice (vitesse de l’arbre de propulsion) sur une période d’au moins 45 minutes. Au voisinage de
l’état de résonnance, il convient d’utiliser une variation de la vitesse de rotation encore plus faible
ou des paliers plus rapprochés pour obtenir des conditions quasi-stationnaires presque continues.
b) Hélices à pas variable: courbe combinatoire standard du navire pour des incréments de vitesse
de rotation et de pas conduisant à 20 jeux de mesurages au moins sur toute la plage de vitesse
opérationnelle du navire. Si ce mode opératoire ne permet pas d’identifier des résonances, il faut
maintenir un pas constant à 80 % environ et faire varier la vitesse de rotation de façon à couvrir
toute la plage de fréquence intéressante de manière adéquate.
À chaque palier, il convient d’enregistrer les données penda
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.