船舶水下辐射噪声计算评估方法及应用

本文采用有限元(FEM)和边界元(BEM)相结合的方法对船舶水下辐射噪声进行研究。首先根据船舶的实际情况建立三维结构有限元模型,包括船体结构、压载、主要动力设备及其隔振方式等,然后结合实船测试的柴油发电机组、推进电机机脚振动和轴系中间支撑基座振动数值,及船模试验得到的螺旋桨脉动压力,计算获得流固耦合下结构的响应,最后将船体外壳水线以下结构响应作为约束条件,通过边界元的方法对水下辐射噪声进行计算和分析。从而对船舶设计阶段水下辐射噪声初步评估方法进行修正,同时对比水下辐射噪声实船测试结果,计算准确性较高,修正后的计算评估方法能进一步提高了设计阶段水下噪声的评估精度,为船舶水下辐射噪声控制提供了依据和参考。     

船舶水下辐射噪声特性研究

本文采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对船舶水下辐射噪声特性进行研究.首先应用五种类型的有限单元建立了接近于真实船舶结构的有限元模型(包括机舱动力设备),并应用有限元法完成了流-固耦合状态下,船舶结构振动位移响应数值计算.然后将有限元模型的外表面处理成边界元模型,并由船舶外表面位移响应计算得到用于水下辐射噪声计算的速度边界条件.最后利用边界元技术对船舶水下辐射噪声特性进行研究.本文预估了仅考虑推进柴油机激励、柴油发电机组激励、齿轮箱激励以及所有激励情况下的船舶水下辐射噪声,并将其数值计算与实际测量结果比较,比较结果符合良好.     

轴系纵振对双层圆柱壳体水下声辐射的影响研究

采用有限元/边界元方法(FEM/BEM)对推进轴系纵振引起的双层圆柱壳水下辐射噪声特性进行研究.使用ANSYS有限元软件建立了流固耦合的有限元模型,计算了流-固耦合状态下结构振动位移响应.利用边界元技术对结构水下辐射噪声特性进行研究,并对推力轴承的布置位置和结构进行了改变,从而改变了激振力的大小及传递途径,对轴系纵振引起的结构水下辐射噪声起到了一定的改善.     

机械和螺旋桨振动噪声作用下的物探船水下辐射噪声数值预报

文章探讨机械噪声与螺旋桨噪声共同作用下的物探船水下辐射噪声有效计算方法,采用基于结构有限元—声学边界元的声固耦合模式对水下总辐射的噪声级进行一体化计算。建立某物探船的整船三维结构有限元模型以及流体声学边界元模型。在船体总振动响应分析基础上,将螺旋桨噪声以点声源的形式与机械振动源同时输入统一声学环境中求解,对物探船水下辐射噪声进行数值预报,给出物探船辐射噪声指向特性,并比较2类噪声源一体化计算方法与直接叠加合成方法对物探船水下辐射噪声计算结果的影响。研究表明,工程精度上可接受机械噪声与螺旋桨噪声直接叠加合成总辐射声级的方法,但一体化计算是更合理的处理方式。     

柴油机气缸爆炸冲击引起的船体振动和水下噪声的有限元／边界元分析

关于柴油机的振动从基座到船体结构传递预测已经展开大量的研究，尤其是应该了解气缸爆炸在柴油机激励引起的船体振动以及水下辐射噪声中的重要性。在模拟柴油机激励引起的船体振动响应采和了有限元法，通过多自由度隔振分析，考察机架横向支撑刚度在振动传递中的作用。为计算船体水下辐射噪声，基于有限元解出船体振动速度响应，提供船体边界元模型的分析。结果表明：1）气缸爆炸引起的作用在柴油机机架上的激励，会比活塞往复运动产生激励引起更大的船体振动响应和水下辐射噪声级；2）机架支撑刚度在柴油机振动传递到船体过程中起着重要的作用，尤其是当频率升高时其作用更为显著；3）忽略气缸爆炸激励部分在某些情况下会导致对船体振动的过高估计。     

降低轴系纵振引起的水下结构声辐射分析

针对螺旋桨纵向脉动激励引起的结构水下辐射噪声问题,利用ANSYS有限元软件计算结构振动位移响应,利用直接边界元方法对结构水下辐射噪声特性进行分析.在已建立的有限元模型基础上,讨论了不同的推力轴承刚度、纵振激振力传递途径以及安装轴系纵振减振器对结构水下振动与声辐射的影响.结果表明,改变纵振激振力传递途径及安装轴系纵振减振器都可以有效地降低结构水下振动辐射噪声.     

机械和螺旋桨振动噪声作用下的物探船水下辐射噪声数值预报

探讨了考虑机械噪声和螺旋桨噪声共同作用下物探船水下辐射噪声有效计算方法,采用基于结构有限元-声学边界元的声固耦合模式直接一体化计算水下总辐射噪声级。建立了某物探船整船三维结构有限元模型以及流体声学边界元模型。在船体总振动响应分析基础上,将螺旋桨噪声以点声源的形式与机械振动源同时输入到统一声学环境中求解,对物探船水下辐射噪声进行数值预报,给出了物探船辐射噪声指向特性,并比较了两类噪声源一体化计算方法与直接叠加合成方法在物探船水下辐射噪声计算结果的差异。研究表明,采用机械噪声与螺旋桨噪声直接叠加合成总辐射声级的方法在工程精度上可接受,但一体化计算是更合理的处理方式。     

轴承刚度对船体辐射噪声的影响

针对船舶推进轴系振动对船体结构产生的辐射噪声问题,采用有限元及边界元方法分析不同轴承刚度下的轴系-船体耦合结构辐射声压及声功率,结果表明,纵向振动时辐射声功率曲线反映出结构辐射噪声声功率与轴承刚度的明显正相关关系,艉轴后轴承刚度变化对整体辐射噪声影响最大。     

基于修正大质量法的船体振动及水下声辐射预报

[目的]大质量法(LMM)可将设备机脚的激励加速度转化为力载荷,是结构振动响应与声辐射仿真分析的常用方法。为提高LMM在船体声振响应计算方面的应用精度,提出对LMM的修正。[方法]首先,分析LMM的适用原理,得出合理的大质量倍数区间;然后,基于船舶的阻尼分析,引入瑞利阻尼质量比例系数对LMM加以修正;最后,将修正前、后的LMM计算结果分别与某油船测试的数据进行对比,并基于修正大质量法(M-LMM)计算所得船体谐响应结果,进一步计算船舶水下辐射声功率与垂直声场指向。[结果]结果显示,在20～200 Hz分析频段内,应用2种LMM计算所得的振动响应频谱曲线趋势相近,但M-LMM的计算结果更接近于实测值,平均误差仅2.70%。[结论]M-LMM可提高船体响应仿真精度,能为船舶前期设计阶段提供更准确的设计依据。     

双层壳体的船舶动力舱振动与声辐射的有限元结合边界元数值计算

利用ANSYS有限元软件，建立了双层壳体的船舶动力舱的水下结构流体耦合的声振模型。采用有限元结合边界元的方法，数值计算并分析了耐压壳体和轻质外壳的厚度变化对动力机械振动传递、水下外壳振动以及辐射噪声的影响，计算结果表明，本文的方法对大型复杂结构的水下声振预估有借鉴价值。     

利用船舶结构进行水下测绘辐射噪声预报

船舶结构的水下测绘辐射噪声预报是海洋资源探测中的关键问题。本文首先建立了船体的有限元模型,然后在此基础上进行振动模态的分析,并通过实验对低频声辐射和中高频声辐射特性进行了对比分析,实验结果表明,低频对于船舶结构的水下测绘辐射噪声影响较大,随着频率的增大,辐射噪声会急剧下降。在今后将对减振降噪的措施和效果评估做进一步研究。     

船舶结构的建模及水下振动和辐射噪声的FEM/BEM计算

船舶动力系统的振动通过壳板向水下辐射噪声的预报一直是非常关键的问题。船舶的声学设计应建立在全船结构声一体化的前提下，本文基于船体与周围声学流体介质的耦合作用，建立了带有浮筏结构的动力装置的整个双层壳体船舶的FEM／BEM数学模型。在理论分析的基础上，利用有限元软件ANSYS建立了水下船舶结构的振动和声场耦合的模型，首先计算在模拟发动机的激励下船舶壳板的振动，并利用边界元软件SYSNOISE，对轻外壳面上的声强进行预报，本文的方法为解决大型复杂结构的耦合声振预报提供了一个典型的实例。     

舰艇结构水下振动和声辐射特性研究

以舰艇结构振动与噪声预报为研究背景,采用有限元和边界元相结合的方法研究水下航行器的振动和声辐射特性,提出对流固耦合界面、流场边界的处理方法,并采用模态试验对理论计算模型进行修正;通过对实验及计算结果的分析,探索了流体、圆柱形壳体、动力装置和隔振器组成的流固耦合体的动力学特性,为舰艇结构声学设计提供了参考.     

舰船振动噪声的快速预报技术

为了快速预报舰船的机械噪声,采用有限元/边界元法,分析研究不同船型、不同的基座结构及其布置方案以及船体外壳肋骨的不同布置形式对振动传递特性和水下声辐射特性的影响.在此基础上,提出一种舰船机械噪声快速预报方法,并且结合设备振动测试结果,对某舰船在不同工况下的辐射噪声进行了预报.     

浮筏隔振装置参数对船舶振动与声辐射特性的影响分析

本文针对某型船舶机舱段浮筏隔振装置,采用有限元结合边界元方法,计算分析浮筏隔振装置系统参数的变化对船体振动传递及水下声辐射的影响,对优化浮筏隔振装置系统设计具有一定的借鉴意义。     

螺旋桨激振力作用下船体振动及水下辐射噪声研究

利用有限元法和边界元方法分析比较了螺旋桨激振力三个方向分力(轴向、横向、垂向)分别作用以及同时作用时引起的船体结构振动与水下辐射噪声。结果表明,船体结构在螺旋桨激振力作用下在轴频、叶频、一倍叶频、二倍叶频以及船体固有频率处振动响应出现线谱;横向螺旋桨激振力引起的船体水下辐射噪声最大,垂向力其次,最小是轴向力;三个方向激振力同时作用时船体最大辐射声功率出现在叶频处,主要由横向力引起,其次是轴频处,主要由轴向力引起。分析其原因主要是横向激振力在叶频时最大,而且与船体固有频率接近,产生共振,轴向力在轴频处次之。     

主机-船体耦合振动预测与特性研究

近年来,随着对船舶内燃机振动和噪声问题研究的不断深入,由主机引起的船体振动问题正成为各船舶设计部门的研究重点,它是船体的低频振动和水下辐射噪声的主要激励源。为此,本文根据某30 000DWT散货轮建立带有柴油机的船体有限元分析模型,分别对柴油机模型和船体模型进行模态分析,得到其固有特性。基于瞬态动力学方法,利用实测缸内压力数据对柴油机进行振动响应分析,研究主机激励经由机脚、基座传递到船体的传递特性,并且进一步计算分析主机激励船体的振动响应规律,为机、桨、船的匹配设计提供参考。     

水线以上机电设备对船舶水下辐射噪声影响研究

建立小水线面双体船声学有限元模型,以柴油发电机组振动噪声为激励,计算该船型水线以上振动噪声源产生的水下辐射噪声。探讨船舶水线以上振动噪声对其水下辐射噪声的影响规律,为整船水下辐射噪声评估提供参考。     

水线以上机电设备对船舶水下辐射噪声影响研究

建立小水线面双体船声学有限元模型,以柴油发电机组振动噪声为激励,计算该船型水线以上振动噪声源产生的水下辐射噪声。探讨船舶水线以上振动噪声对其水下辐射噪声的影响规律,为整船水下辐射噪声评估提供参考。     

某船舶结构声学设计技术探讨

以某船舶的噪声振动控制为目的,探讨了船舶结构声学设计技术。针对某船舶机舱结构,在初步设计的基础上,运用FEM/BEM方法,对比了不同设计参数下的船舶振动响应和水下辐射噪声声压级。通过调整机舱段结构参数,避免船体结构共振的发生,确定了低噪声设计方案。模型试验表明,振动传递特性的计算值与试验值有很好的一致性,所建立的船舶振动噪声预报模型是可信的。