船舶水下辐射噪声预报方法与试验研究

发布时间：2020-10-27 06:33

　　 船体在动力设备的激励下产生振动,船体振动一方面引起周围流体振动产生水下辐射噪声,另一方面以结构声形式传递到居住舱室引起舱室噪声。对军用船舶而言,在设计阶段进行水下声辐射预报可以提前预估舰船的声隐身性能并为后续的减振降噪设计提供依据。同时在设计阶段进行舱室噪声预报并进行降噪设计研究对提高船舶建造质量、降低船舶建造成本具有重要的实际意义。文中以某型油船为研究对象,采用不同的数值计算方法实现了油船全频段水下声辐射预报及全频段舱室噪声预报,并对油船的振动及舱室噪声进行了实船测量,对统计能量法在结构中频声振响应计算上的应用进行了初步探索。研究工作主要包括:(1)建立了油船及周围流体有限元模型并进行了全船振动湿模态计算,船体总振动模态计算值与经验公式估算值取得了较好的吻合。同时,对油船中低频谐响应进行了计算,并将数值仿真结果与船体局部位置实船振动测试结果进行了对比。结果表明:船体振动仿真值与实船测试值吻合较好,在此基础上对船体水下振动特性进行了分析。(2)分别利用有限元-边界元、有限元-无限元及有限元-自动匹配层技术计算油船中低频水下辐射噪声,并对比3种不同数值方法的声振计算结果差异性。结果表明:3种计算方法得到的船体辐射声功率及场点辐射声压具有较好的一致性。采用统计能量法进行油船高频区的船体振动及水下声辐射计算,从而实现油船全频段水下辐射噪声计算与声辐射特性研究。(3)建立了油船低频、中频及高频舱室噪声预报模型,分别利用有限元法、有限元-统计能量混合法及统计能量法实现了油船全频段舱室噪声预报,同时与实船舱室噪声测试结果进行了对比,结果表明:舱室噪声预报值整体趋势与试验结果吻合较好,全频段合成后的舱室噪声仿真值与实测值最大误差为5.801dB,其余误差均在3 dB以内,表明所研究的全频段舱室噪声预报方法可靠、计算准确。同时,从吸声的角度进行了舱室降噪研究,利用不同优化算法实现了多种吸声材料组合形式的声学优化设计。(4)基于功率注入法(PIM)计算了结构与结构间等效耦合损耗因子,将等效耦合损耗因子代入到统计能量平衡方程中计算结构中频区振动响应并与有限元法计算结果在整体趋势上取得了较好的一致性。通过结构声辐射效率计算了结构与声腔间的面耦合损耗因子,并将其代入到实际隔声模型的统计能量平衡方程中进行结构隔声量计算,参数修正后的统计能量法计算值与实验值取得了更好的吻合。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U661.44
【部分图文】：

研究背景及意义行过程中，其内部主要动力设备（主机、柴油起船体振动，船体振动一方面会引起周围流体也会以结构声形式传递到居住舱室引起舱室噪如图 1-1 所示。对军用船舶而言，衡量舰船声隐下辐射噪声，各国海军目前都在大力发展声呐军对新建船舶的声隐身性能要求更加严格。除辐射噪声会对海洋生物造成一定的影响，破坏备振动引起的舱室噪声会严重影响船员和乘客社及国际海事组织等对船舶各舱室和机械设备。因此，对军用船舶而言，在设计阶段进行水的声隐身性能并为后续的减振降噪设计提供依声预报并进行舱室降噪设计研究对提高船舶建重要的实际意义。

2cossin cossin sin2 212 2x = ry = r - fz = r - fθθ θ （= 12 2 22 2 2x - a y - b z - c+ +A B C（ ） （ ） （ ）（:a、 b、 c为直角坐标系下球心坐标； A、 B 、 C为三个坐标轴相应的截2 21A - f2 22C = A - f ，且 A ≥ B ≥ C。2）球坐标系球坐标系两个焦距1f 、2f 均为零，而 A = B = C = r ，球坐标系的方程2 2 2 2（x - a) +(y - b) +(z - c) = r（

图 2-2 PML 理论示意图计算精度，声学有限元单元及 PML 层单元要满足一个 PML 法对声学有限元层的厚度没有特殊的要求，只需保多边形。通常 PML 单元层的总厚度应该满足：-min freqt > λ/15PML 单元层总厚度；-min freqλ 为最小计算频率对应的波长算精度与吸收层的厚度有直接关系，主要由于吸收层控吸收层厚度有关。如果不能选择合适的吸收层厚度，则果不好，声波可能会在声学边界处发散，从而影响声学L（自动匹配层）应运而生，AML 与 PML 是基于同一出声学有限元边界后，AML 可以根据实际物理模型特点不仅提高了计算精度，还提高了计算效率。高频水下声辐射计算理论
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本文编号：2858188