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原文传递船舶舱室噪声预报方法及控制技术研究

论文题名：	船舶舱室噪声预报方法及控制技术研究
关键词：	船舶舱室;噪声预报;控制技术;声学设计
摘要：	随着社会经济的快速发展，人们生活水平的逐步提高以及船舶建造技术的不断进步，对船舶声学环境的要求日益提高，尤其是船舶舱室的声学舒适性，国际组织和船级社为此提出了新的更高要求的噪声等级标准并且强制执行。这给船舶设计、建造提出了新的挑战，传统的声学设计理念不再适应新形势要求，必须在声学预报的基础上，从船舶方案设计阶段就开展声学设计与评估，并采取经济适用、绿色环保的控制技术，确保船舶舱室噪声满足噪声等级要求，同时尽量不增加造船成本和影响建造周期。　　本文以船舶舱室噪声为研究对象，综合运用理论分析、数值仿真和实验研究三种手段，对舱室噪声预报方法与控制技术开展了相关研究工作，主要如下：　　1）建立板/梁连接结构声传播的力学分析模型，推导了波动力响应平衡方程；改进了动力刚度矩阵法，提出波动力响应矩阵法求解平衡方程，并运用MATLAB 　　开发了计算程序，对结构声在连接中的传递特性进行了数值分析。研究揭示了结构声在含过渡接头的结构连接中的传递机理，分析了过渡接头参数对结构声波传播的影响规律。研究表明过渡接头对结构声的传播有重要影响，在计算含过渡接头的结构连接的耦合损耗因子时不可忽略，因此研究可提高混合结构船舶舱室噪声的SEA预报精度。在此基础上提出了结构连接的声学设计建议。　　2）在1）的基础上，建立了多连接组合结构的结构声传播力学分析模型，推导了结构连接的波动力响应平衡方程和波导单元的波动力响应特征矩阵，提出了波动力响应矩阵法进行求解。运用MATLAB开发了计算程序，对组合结构的声振传递特性进行了数值分析，研究揭示了板的连接角度、长度以及板厚比等参数对结构声传播的影响规律，为结构声学设计提供理论依据。　　3）在1）和2）的基础上，建立了波阻元件阻抑结构传播的通用力学分析模型，推导了附加波阻元件的结构连接的广义波动力响应平衡方程和波阻元件的附加波动响应特征矩阵，提出了波动力响应矩阵法求解平衡方程，并运用MATLAB开发了计算程序，对不同波阻技术的波阻特性进行数值研究，揭示了波阻元件特征参数对传递损失的影响。进一步探讨了组合波阻技术的波阻特性。以上研究为结构声波阻声学设计提供了分析方法和控制策略。　　4）基于统计能量分析法、有限元法，提出一种典型钢铝连接的耦合损耗因子数值计算方法，并运用MATLAB开发了计算软件。通过对含过渡接头的T型连接结构进行数值和实验研究，验证了本方法的可靠性。此外，数值分析了过渡接头参数对耦合损耗因子的影响。以上研究对提高钢铝混合结构的噪声预报精度及其结构声学设计具有指导意义。　　5）提出了基于实验数据参数修正的舱室噪声全频预报方法。在VA One和PATRAN/NASTRAN平台下，探讨了全频快速建模方法并构建了预报平台，建立了全频预报模型，并根据实验数据修正输入参数。预报结果与实验测试结果对比，验证本文提出的全频预报方法的可靠性。研究有效提高了预报精度和预报效率，对实船的声学预报具有重要工程应用价值。　　6）建立了舱室阻尼降噪优化设计系统。首先，基于统计能量分析法，对舱室噪声 A计权声压级关于子系统阻尼损耗因子的一阶灵敏度进行了理论推导和数值计算。研究表明，当舱室受结构声激励时，阻尼损耗因子改变对声源室噪声影响较为明显，而空气声激励下，阻尼损耗因子对其影响甚微。其次，建立了舱室阻尼降噪设计优化数学模型并开发了优化程序，基于MATLAB对VA One作了二次开发，搭建了优化仿真平台，并进行了实船数值实验。研究表明，合理选择阻尼布置位置及敷设厚度，可有效降低舱室噪声并减轻阻尼重量。以上研究为阻尼声学设计提供了优化方法，具有重要的理论与工程应用价值。　　本文提出了结构声在复杂结构连接及组合结构中的传递特性分析方法——波动力响应矩阵法，揭示了结构声在复杂结构连接中的传递机理与特性。针对特殊结构连接的耦合损耗因子，研究提出了两种不同的计算方法。本文在实船舱室噪声测试的基础上，建立了基于参数修正的舱室噪声全频预报体系，提高了预报效率和精度。本文还提出了波阻技术及组合波阻技术阻抑结构声传播的分析方法，对其阻抑机理及波阻特性进行了数值分析。此外，开展了舱室阻尼降噪设计优化研究，为舱室噪声控制提供了分析方法与控制策略。本文研究在结构声传播波分析理论取得了突破，并在工程应用领域取得了系列具有重要价值的成果，对船舶舱室噪声预报与控制具有重要的指导意义。
作者：	林永水
专业：	水声工程
导师：	吴卫国
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文