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原文传递船舶舱室的中高频振声仿真及传递路径研究

论文题名：	船舶舱室的中高频振声仿真及传递路径研究
关键词：	运输船舶;舱室结构;船舶振动;振声传递
摘要：	随着我国对海洋开发利用的进一步深入，运输船舶和海洋工程装备的动力能逐步增强，动力装置引起的振动和噪声对船上人员的影响日益凸显。IMO和各船级社都对舱室的噪声等级做出了严格的限制，对船舶的设计和建造都提出了新的要求。在船舶设计阶段进行振声预报，制定有效的降噪方案，有助于从源头控制舱室中的噪声，避免反复试验和改进耗费时间、人力和物资成本，降低整体费用。中高频噪声是舱室噪声的主要组成部分，研究船舶系统的噪声来源、传递路径及控制方法，对提升船舶行业和国防工业的设计、制造水平具有重要意义。然而，由于船舶结构庞大的计算规模，对船舶的振声仿真精度较低，迄今的研究大多停留在定性分析的阶段;而中高频振声问题的不确定性，导致传统传递路径分析方法对这些频带的问题并不适用。这显然无法满足船舶工程领域减振降噪的需求，因此亟须发展新的求解方法。　　本研究主要内容包括：⑴分析了中频和高频振声仿真方法的求解特点和选取依据。分别采用有限元-统计能量分析(FE-SEA)混合法和统计能量分析(SEA)法求解复杂系统的中频和高频振声问题，根据结构特征尺寸与内波长关系区分两类方法的求解区间，并据此建立了某船的FE-SEA混合模型和SEA模型，分别用于中频和高频振声问题求解。⑵提出部分FE子系统建模方法和局部模态参数摄动(LMP)法，提高中频问题的求解效率。针对FE-SEA混合法求解大型存在计算效率不足的缺点，仅选取靠近振声源舱室的部分子系统使用确定方法进行描述，其它次要部分结构采用统计方法描述，并使用LMP法分析强耦合结构之间的耦合损耗因子(CLFs)，在降低中频问题求解规模的情况下保证仿真结果的准确。⑶确定了机舱主要振声源对人员活动舱室的贡献量。结合台架和实船测试数据，对200～8000Hz频带的的噪声进行了仿真，分别计算了主机、发电机组和螺旋桨振动和辐射分量在舱室中产生的噪声。结果表明，主机和发电机组的振声分量是噪声的主要来源，螺旋桨的分量可以忽略。⑷提出使用图论算法求解中高频振声能量的传递路径。将中高频振声系统等效为图论框架下的能量传递网络:SEA子系统看作网络图的结点，而根据损耗因子能够得到结点之间有向边的能量传递权重，从而构成SEA赋权有向图。利用图论中的偏离算法求解源结点到目标结点权重最大的K主要路径(KDP)，即可得到中高频振声能量的主要传递路径。最后，利用中心性测量方法评价结点在能量传递中的重要性，进而确定在能量传递中起主要作用的关键结构。⑸精细化路径分析对象的选取方法，降低路径计算的复杂度。引入振声温度的概念，根据子系统的能量、模态数和波数计算子系统的温度，确定能量的单向流动，将高于目标子系统的局部结构作为为路径分析对象，减少路径分析的结点和耦合连接数目，降低计算规模。⑹基于中高频振声仿真和传递路径制定了某船的降噪方案。在全船仿真的基础上建立图形网络，求解主机和发电机组到目标舱室中的KDP，并通过中心性测量确定在能量测量中起主要作用的结构和耦合连接。结果表明，对振动影响最大的是输入组和路径组结点，对应主机舱和辅机舱内底以及它们之间的垂直舱壁。采用阻振质量在这些关键结点位置施加减振降噪措施，可使发电机组在附近人员生活舱室的噪声降低5.59dB(A)。
作者：	张文春
专业：	轮机工程
导师：	段树林
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文