船舶舱室噪声的预报方法.doc
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船舶舱室噪声的预报方法,摘要船舶舱室噪声不仅会导致船体结构的疲劳损坏，影响船内各种仪器、设备的正常使用，危害船上工作人员的身体健康，而且还会影响船舶的隐蔽性、安全性、居住性和可用性。在船舶设计阶段对船舶舱室进行声学预报和控制技术研究可节省设计建造费用，缩短建造周期，提高工程运作效率。因此，开展船舶舱室噪声的预报与控制技术方法的研究，具有重要的...
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摘 要
船舶舱室噪声不仅会导致船体结构的疲劳损坏，影响船内各种仪器、设备的正常使用，危害船上工作人员的身体健康，而且还会影响船舶的隐蔽性、安全性、居住性和可用性。在船舶设计阶段对船舶舱室进行声学预报和控制技术研究可节省设计建造费用，缩短建造周期，提高工程运作效率。因此，开展船舶舱室噪声的预报与控制技术方法的研究，具有重要的理论意义和实用价值。
本文采用有限元法、边界元法、统计能量法及试验研究，对船舶舱室噪声预报与控制技术方法进行了研究。以某典型舰船为研究背景，建立该舰船全船有限元计算模型，对舰船的振动模态进行了特性分析；运用边界元方法、统计能量法分别进行了舰船舱室低频声辐射噪声和高频声辐射噪声的预报特性研究，获得舰船舱室内部噪声分布规律；对舰船舱室低频声辐射噪声和高频声辐射噪声进行试验研究，验证两种预报方法的可行性；基于吸声技术、隔声技术和减振技术等噪声控制技术对橡胶阻尼吸声特性、典型筋板结构隔声特性及典型弹簧减振器减振特性进行了仿真模拟，获得其控制效果及特性。
本论文主要工作如下：
1.以某典型舰船为研究背景，建立该舰船全船有限元计算模型，对舰船的振动模态进行了特性分析。
2.利用有限元法、边界元法和统计能量法的基本原理，建立舰船结构动力学问题的动力方程，通过振型叠加法和直接积分法求得舰船结构的振型、位移、速度和加速度，对舰船的振动模态进行特性分析。通过边界元理论得出了结构的辐射声功率、声辐射强度和声辐射效率的求解公式。
3. 采用有限元法和边界元法，建立了典型舰船的边界元模型，对舰船舱室内部低频噪声特性进行了分析研究。利用声学计算软件SYSNOISE进行整舰三维模型低频声学特性研究，获得了舱室内部噪声在同一噪声源下的分布规律，对有限元软件与SYSNOISE连接技术进行了探索。对舰船舱室低频声辐射噪声进行试验研究，建立试验方案，设计试验船模，对试验测试结果进行分析。将舰船舱室低频声辐射噪声的数值模拟与试验研究方法比较分析研究，证明本文舰船噪声低频预报方法可行性。
4. 采用统计能量法，对舰船舱室内部高频噪声特性进行了分析研究。利用声学计算软件AutoSEA2进行整舰三维模型高频噪声学特性研究，研究了舰船舱室内部噪声在同一声源不同转速高频段下的分布规律，探讨内损耗因子、耦合损耗因子对预报结果精度的影响。对舰船舱室高频声辐射噪声进行试验研究，建立试验方案，设计试验船模，对试验测试结果进行分析。将舰船舱室高频声辐射噪声的数值模拟与试验研究方法比较分析研究，分析统计能量法、边界元法舱室辐射声功率预报特性。
5.基于吸声技术、隔声技术、减振技术三种噪声控制技术的原理，分别对每种控制方法进行仿真，验证其可行性。
（1）吸声技术：应用统计能量分析软件AutoSEA2，建立该典型舰船统计能量模型，对橡胶阻尼吸声材料的吸声特性与效果进行了研究，获得不同频率下橡胶阻尼吸声材料的吸声规律。
（2）隔声技术：分别对单层筋板，加筋筋板，双层筋板三种典型筋板结构进行模态分析，对其隔声效果进行计算，并结合试验数据得出隔声技术对船舶舱室降噪具有显著作用。通过仿真所得数据对比可知双层筋板的固有模态更加稳定，隔声降噪效果更好，可为工程实践应用提供理论参考。
（3）减振技术：通过仿真模拟，在相对于实船机舱位置的该船舱室5内安装一典型弹簧减振器。应用统计能量法进行计算，借助统计能量软件AUTOSEA2，得出计算数据并进行分析比对，说明减振技术能够对船舶舱室降噪起到良好的效果，进一步证明减振技术在其工程实践应用中的可行性。
关键词：船舶舱室；舱室噪声；声辐射；噪声预报与控制；边界元
ABSTRACT
Cabin noise of ship will lead to fatigue damage of hull structure, not only affecting ships of all kinds of instruments, equipment, normal use, endangering the health of the crew, but also affecting the hidden nature of the ship, safety, housing, and availability.Compared to a ship completed in a series of noise reduction measures ,in the ship design stage, researching the ship cabin acoustic prediction and control technology.saves considerable costs and shorten the construction cycle, which greatly increase the project efficiency.
Therefore, it is of important theoretical significance and practical value to the ship cabin noise prediction and control methods of the research.
In this paper, on the background of a typical ship model, I established a hull model to explain on the basic principles of ship-radiated noise calculation method by means of finite element techniques.Boundary element methods and statistical energy method were carried out to reaserch the low frequency noise and high frequency noise radiation of sound radiation characteristics prediction,and verify the feasibility of two kinds of prediction methods by testing.Proposed three noise control technology: acoustic technology, acoustic technology, vibration technology, and control technology and noise reduction for each simulation and analysis. I carried out simulation and analysis to every noise reduction by noise control technology. The thesis are as follows:
1. Basing on finite element software, I built the finite element model of the entire ship and carried out the vibration mode characterization of the ship.
2. Described the finite element method, boundary element methods and statistical methods of the basic principles of energy.Obtained the dynamic equations for solving the dynamics.Using mode superposition method or the direct integration method can be obtain the ship structural vibration, displacement, velocity and acceleration,which providing a theoretical basis for vibration analysis; Theory o..
船舶舱室噪声不仅会导致船体结构的疲劳损坏，影响船内各种仪器、设备的正常使用，危害船上工作人员的身体健康，而且还会影响船舶的隐蔽性、安全性、居住性和可用性。在船舶设计阶段对船舶舱室进行声学预报和控制技术研究可节省设计建造费用，缩短建造周期，提高工程运作效率。因此，开展船舶舱室噪声的预报与控制技术方法的研究，具有重要的理论意义和实用价值。
本文采用有限元法、边界元法、统计能量法及试验研究，对船舶舱室噪声预报与控制技术方法进行了研究。以某典型舰船为研究背景，建立该舰船全船有限元计算模型，对舰船的振动模态进行了特性分析；运用边界元方法、统计能量法分别进行了舰船舱室低频声辐射噪声和高频声辐射噪声的预报特性研究，获得舰船舱室内部噪声分布规律；对舰船舱室低频声辐射噪声和高频声辐射噪声进行试验研究，验证两种预报方法的可行性；基于吸声技术、隔声技术和减振技术等噪声控制技术对橡胶阻尼吸声特性、典型筋板结构隔声特性及典型弹簧减振器减振特性进行了仿真模拟，获得其控制效果及特性。
本论文主要工作如下：
1.以某典型舰船为研究背景，建立该舰船全船有限元计算模型，对舰船的振动模态进行了特性分析。
2.利用有限元法、边界元法和统计能量法的基本原理，建立舰船结构动力学问题的动力方程，通过振型叠加法和直接积分法求得舰船结构的振型、位移、速度和加速度，对舰船的振动模态进行特性分析。通过边界元理论得出了结构的辐射声功率、声辐射强度和声辐射效率的求解公式。
3. 采用有限元法和边界元法，建立了典型舰船的边界元模型，对舰船舱室内部低频噪声特性进行了分析研究。利用声学计算软件SYSNOISE进行整舰三维模型低频声学特性研究，获得了舱室内部噪声在同一噪声源下的分布规律，对有限元软件与SYSNOISE连接技术进行了探索。对舰船舱室低频声辐射噪声进行试验研究，建立试验方案，设计试验船模，对试验测试结果进行分析。将舰船舱室低频声辐射噪声的数值模拟与试验研究方法比较分析研究，证明本文舰船噪声低频预报方法可行性。
4. 采用统计能量法，对舰船舱室内部高频噪声特性进行了分析研究。利用声学计算软件AutoSEA2进行整舰三维模型高频噪声学特性研究，研究了舰船舱室内部噪声在同一声源不同转速高频段下的分布规律，探讨内损耗因子、耦合损耗因子对预报结果精度的影响。对舰船舱室高频声辐射噪声进行试验研究，建立试验方案，设计试验船模，对试验测试结果进行分析。将舰船舱室高频声辐射噪声的数值模拟与试验研究方法比较分析研究，分析统计能量法、边界元法舱室辐射声功率预报特性。
5.基于吸声技术、隔声技术、减振技术三种噪声控制技术的原理，分别对每种控制方法进行仿真，验证其可行性。
（1）吸声技术：应用统计能量分析软件AutoSEA2，建立该典型舰船统计能量模型，对橡胶阻尼吸声材料的吸声特性与效果进行了研究，获得不同频率下橡胶阻尼吸声材料的吸声规律。
（2）隔声技术：分别对单层筋板，加筋筋板，双层筋板三种典型筋板结构进行模态分析，对其隔声效果进行计算，并结合试验数据得出隔声技术对船舶舱室降噪具有显著作用。通过仿真所得数据对比可知双层筋板的固有模态更加稳定，隔声降噪效果更好，可为工程实践应用提供理论参考。
（3）减振技术：通过仿真模拟，在相对于实船机舱位置的该船舱室5内安装一典型弹簧减振器。应用统计能量法进行计算，借助统计能量软件AUTOSEA2，得出计算数据并进行分析比对，说明减振技术能够对船舶舱室降噪起到良好的效果，进一步证明减振技术在其工程实践应用中的可行性。
关键词：船舶舱室；舱室噪声；声辐射；噪声预报与控制；边界元
ABSTRACT
Cabin noise of ship will lead to fatigue damage of hull structure, not only affecting ships of all kinds of instruments, equipment, normal use, endangering the health of the crew, but also affecting the hidden nature of the ship, safety, housing, and availability.Compared to a ship completed in a series of noise reduction measures ,in the ship design stage, researching the ship cabin acoustic prediction and control technology.saves considerable costs and shorten the construction cycle, which greatly increase the project efficiency.
Therefore, it is of important theoretical significance and practical value to the ship cabin noise prediction and control methods of the research.
In this paper, on the background of a typical ship model, I established a hull model to explain on the basic principles of ship-radiated noise calculation method by means of finite element techniques.Boundary element methods and statistical energy method were carried out to reaserch the low frequency noise and high frequency noise radiation of sound radiation characteristics prediction,and verify the feasibility of two kinds of prediction methods by testing.Proposed three noise control technology: acoustic technology, acoustic technology, vibration technology, and control technology and noise reduction for each simulation and analysis. I carried out simulation and analysis to every noise reduction by noise control technology. The thesis are as follows:
1. Basing on finite element software, I built the finite element model of the entire ship and carried out the vibration mode characterization of the ship.
2. Described the finite element method, boundary element methods and statistical methods of the basic principles of energy.Obtained the dynamic equations for solving the dynamics.Using mode superposition method or the direct integration method can be obtain the ship structural vibration, displacement, velocity and acceleration,which providing a theoretical basis for vibration analysis; Theory o..
