统计能量法的舰船舱室噪声预报分析(附件)【字数：12308】
摘 要摘 要随着船舶行业的不断发展，船舶设备所导致的噪声问题日益严重,舰船振动噪声的问题受到越来越多的关注。为此，本文基于统计能量分析法来研究舰船舱室的噪声预报和控制的方法，并且对船舶结构声学性能的优化提供一些指导建议。本文首先介绍了统计能量分析法（SEA）的基本原理以及前提条件，接着详细介绍了SEA法的基本参数（模态密度、内损耗因子和耦合损耗因子）的确定。然后结合某典型内河船，基于统计能量分析法，采用VA one软件使用板、梁、声腔和半无限流场等单元建立船舶舱室的 SEA 模型，考虑主机噪声源的激励作用，分析各个舱室的噪声水平，进而研究对船舶舱室噪声的控制方法。本文通过控制变量的方法，主要仿真模拟出船板材料的种类和厚度对船舶舱室噪声振动的影响，并进行了分析，选择出相对合理的结构材料。最后通过在主要舱室内部铺设不同吸声材料和阻尼材料的方法，对船舶舱室进行降噪处理，并分析其降低噪声效果，进而找出比较有效的减振降噪的方法。关键字统计能量分析法，VA one，噪声预报，噪声控制Abstract
目 录
第一章 绪论 1
1.1 本课题的研究背景及意义 1
1.2 国内外舰船舱室噪声的研究进展综述 1
1.2.1 经验预测法 1
1.2.2 有限元结合边界元法 2
1.2.3 统计能量分析法（SEA） 2
1.3 本课题的研究内容和研究方法 3
第二章 统计能量分析的基本原理 4
2.1 基本含义 4
2.2 统计能量分析法的适用范围 4
2.3 子系统之间的功率流平衡关系式 5
2.3.1 子系统的确定 5
2.3.2 子系统间的纯功率流 6
2.3.3 子系统间的功率流平衡方程 8
2.4 统计能量分析法基本参数的确定 9
2.4.1 模态密度 9
2.4.2 内损耗因子 10
2.4.3 耦合损耗因子 11
2.4.4 输入功率 12
2.5 统计能量分析软件VA one介绍 12
2.5.1 V *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
A one软件简介 12
2.5.2 VA one软件的运用过程 13
2.6 本章小结 14
第三章 舰船舱室噪声的统计能量分析 15
3.1 舰船舱室噪声介绍 15
3.1.1 噪声的物理量度 15
3.1.2噪声的评价 15
3.1.3 船舶噪声的噪声源 16
3.1.4 船舶噪声的传播途径 16
3.2 统计能量分析模型 16
3.2.1 模型的建立 16
3.2.2 声腔子系统的划分和模型建立 18
3.2.3 建立子系统模型时的注意点 18
3.3 舰船舱室的噪声预报分析 19
3.3.1 舱室噪声的分析频率的选择 19
3.3.2 舰船舱室噪声预报 21
3.3.3 结构参数对舱室噪声振动特性的影响 25
3.4 本章小结 28
第四章 舰船舱室噪声控制方法研究 29
4.1 舱室噪声控制方法概述 29
4.2 吸声降噪 29
4.3 阻尼减振 35
4.4 本章小结 37
结 论 38
致 谢 39
参 考 文 献 41
第一章 绪论
1.1 本课题的研究背景及意义
目前，工程界越来越注重对舰船舱室噪声的预报与控制的研究。舰船噪声属于比较严重的噪声污染问题，其不仅会影响船内的仪表器械的正常使用、严重地危害船员的身心健康，导致船上结构的疲劳损坏及缩短船舶使用寿命，而且会影响船舶的居住性、隐蔽性、安全性等。因此，研究舰船舱室噪声的预报及控制不但是噪声水平的简易估算的过程，而且还要对噪声控制提出一些量化技术的指导和研究方向的建议。在船舶设计阶段对舰船舱室进行声学预报分析和研究，防患于未然，相比在已制造成型的船舶上采取一系列减震降噪措施要省下一笔十分明显的费用，最重要的是可以十分明显地简短建造的周期，大大地提高了工程的建造效率。由此可见，开展舰船舱室噪声的预报分析与控制技术方法的研究，能够准确地仿真一些复杂系统下舰船舱室噪声具有特别重要的理论价值和实用价值。
1.2 国内外舰船舱室噪声的研究进展综述
在前人数几十年的舰船舱室噪声研究分析过程中，得到了很多的经验公式。这些公式大多适用于某些结构比较典型的船舶，但是对于结构、布置都与众不同的新船型而言，经验公式在多数情况下不再适用。因此，在实际中经常运用估算的方式进行复杂动态系统的振动及声辐射的研究分析。在大多数实际情况下，因为被研究的复杂动态系统的构件无法预测出位置结算方式，所以寻找这些结算方法是非常复杂的。目前舰船舱室噪声预报分析的主要研究方法有：经验法、有限元结合边界元的方法以及统计能量分析法等[1]。
1.2.1 经验预测法
Janssen和Buiten于1973年提出了最早的噪声预测模型[2]：
其实早在上世纪八十年代的时候，蒋涂清就在其著书中提出以下观点：可以根据母型舰船的实际测量噪声数据来预测新建船舶的舱室噪声。经验法还是很有局限性的，但因为它使用起来简单方便而且具有一定的可信度，所以在实际中也有相对比较广泛的应用。
1.2.2 有限元结合边界元法
有限元结合边界元的方法可应用于结构振动包括流固面上的耦合振动的计算，而边界元法对无限域中的声学问题的计算十分有效。随着计算机技术的不断发展，现在已经有了一些比较成熟的相关分析软件，如有限元软件ANSYS、NASTRAN，MSC的振动噪声有限元分析软件Actran、Akusmod；声学边界元软件SYSNOISE、CONMIN/Acoustics 等等。在四十年代的时候，德国裔美国籍著名数学家柯朗就已经提出有关有限元法的基本思想，而边界元法发展于经典的积分方程以及有限元，并且减少了有限元法中的很多不足，边界元降低了问题维数。另外，边界元法既可以解决有界区域的问题，也可以解决无界区域的问题，但一般要求是均匀的材料。而有限元法一般解决的是有界区域的问题，但材料可以不是均匀的，所以这两种方法相结合就有着更加普遍的使用范围[1]。
目前，对于相对复杂的结构，在低频范围内，有限元法被广泛应用于各种形状结构的振动问题的求解。一般对声场问题的求解方法是用有限元软件计算船舶结构与水下声场之间的耦合振动，然后把计算到的外壳振动速度作为计算的边界条件，加上用边界元软件对声场进行预报。但是在高频段内，模态相对比较密集，使用有限元法和边界元法得到清晰的模态比较困难。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 本课题的研究背景及意义 1
1.2 国内外舰船舱室噪声的研究进展综述 1
1.2.1 经验预测法 1
1.2.2 有限元结合边界元法 2
1.2.3 统计能量分析法（SEA） 2
1.3 本课题的研究内容和研究方法 3
第二章 统计能量分析的基本原理 4
2.1 基本含义 4
2.2 统计能量分析法的适用范围 4
2.3 子系统之间的功率流平衡关系式 5
2.3.1 子系统的确定 5
2.3.2 子系统间的纯功率流 6
2.3.3 子系统间的功率流平衡方程 8
2.4 统计能量分析法基本参数的确定 9
2.4.1 模态密度 9
2.4.2 内损耗因子 10
2.4.3 耦合损耗因子 11
2.4.4 输入功率 12
2.5 统计能量分析软件VA one介绍 12
2.5.1 V *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
A one软件简介 12
2.5.2 VA one软件的运用过程 13
2.6 本章小结 14
第三章 舰船舱室噪声的统计能量分析 15
3.1 舰船舱室噪声介绍 15
3.1.1 噪声的物理量度 15
3.1.2噪声的评价 15
3.1.3 船舶噪声的噪声源 16
3.1.4 船舶噪声的传播途径 16
3.2 统计能量分析模型 16
3.2.1 模型的建立 16
3.2.2 声腔子系统的划分和模型建立 18
3.2.3 建立子系统模型时的注意点 18
3.3 舰船舱室的噪声预报分析 19
3.3.1 舱室噪声的分析频率的选择 19
3.3.2 舰船舱室噪声预报 21
3.3.3 结构参数对舱室噪声振动特性的影响 25
3.4 本章小结 28
第四章 舰船舱室噪声控制方法研究 29
4.1 舱室噪声控制方法概述 29
4.2 吸声降噪 29
4.3 阻尼减振 35
4.4 本章小结 37
结 论 38
致 谢 39
参 考 文 献 41
第一章 绪论
1.1 本课题的研究背景及意义
目前，工程界越来越注重对舰船舱室噪声的预报与控制的研究。舰船噪声属于比较严重的噪声污染问题，其不仅会影响船内的仪表器械的正常使用、严重地危害船员的身心健康，导致船上结构的疲劳损坏及缩短船舶使用寿命，而且会影响船舶的居住性、隐蔽性、安全性等。因此，研究舰船舱室噪声的预报及控制不但是噪声水平的简易估算的过程，而且还要对噪声控制提出一些量化技术的指导和研究方向的建议。在船舶设计阶段对舰船舱室进行声学预报分析和研究，防患于未然，相比在已制造成型的船舶上采取一系列减震降噪措施要省下一笔十分明显的费用，最重要的是可以十分明显地简短建造的周期，大大地提高了工程的建造效率。由此可见，开展舰船舱室噪声的预报分析与控制技术方法的研究，能够准确地仿真一些复杂系统下舰船舱室噪声具有特别重要的理论价值和实用价值。
1.2 国内外舰船舱室噪声的研究进展综述
在前人数几十年的舰船舱室噪声研究分析过程中，得到了很多的经验公式。这些公式大多适用于某些结构比较典型的船舶，但是对于结构、布置都与众不同的新船型而言，经验公式在多数情况下不再适用。因此，在实际中经常运用估算的方式进行复杂动态系统的振动及声辐射的研究分析。在大多数实际情况下，因为被研究的复杂动态系统的构件无法预测出位置结算方式，所以寻找这些结算方法是非常复杂的。目前舰船舱室噪声预报分析的主要研究方法有：经验法、有限元结合边界元的方法以及统计能量分析法等[1]。
1.2.1 经验预测法
Janssen和Buiten于1973年提出了最早的噪声预测模型[2]：
其实早在上世纪八十年代的时候，蒋涂清就在其著书中提出以下观点：可以根据母型舰船的实际测量噪声数据来预测新建船舶的舱室噪声。经验法还是很有局限性的，但因为它使用起来简单方便而且具有一定的可信度，所以在实际中也有相对比较广泛的应用。
1.2.2 有限元结合边界元法
有限元结合边界元的方法可应用于结构振动包括流固面上的耦合振动的计算，而边界元法对无限域中的声学问题的计算十分有效。随着计算机技术的不断发展，现在已经有了一些比较成熟的相关分析软件，如有限元软件ANSYS、NASTRAN，MSC的振动噪声有限元分析软件Actran、Akusmod；声学边界元软件SYSNOISE、CONMIN/Acoustics 等等。在四十年代的时候，德国裔美国籍著名数学家柯朗就已经提出有关有限元法的基本思想，而边界元法发展于经典的积分方程以及有限元，并且减少了有限元法中的很多不足，边界元降低了问题维数。另外，边界元法既可以解决有界区域的问题，也可以解决无界区域的问题，但一般要求是均匀的材料。而有限元法一般解决的是有界区域的问题，但材料可以不是均匀的，所以这两种方法相结合就有着更加普遍的使用范围[1]。
目前，对于相对复杂的结构，在低频范围内，有限元法被广泛应用于各种形状结构的振动问题的求解。一般对声场问题的求解方法是用有限元软件计算船舶结构与水下声场之间的耦合振动，然后把计算到的外壳振动速度作为计算的边界条件，加上用边界元软件对声场进行预报。但是在高频段内，模态相对比较密集，使用有限元法和边界元法得到清晰的模态比较困难。
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