船舶声学包性能及配置优化设计

[目的]声学包是通过对基体材料、阻尼材料、吸声材料和隔声材料的组合设计,完成预定降噪效果的声学部件,是未来船舶舱室低噪声设计的关键技术。[方法]提出一种声学包性能评估的统计能量数值模型,用于解决船用声学包设计与快速评估问题。建立声学包选型及其在舱室中的配置优化设计模型及数学列式,采用遗传算法求解声学包选型与配置优化问题。[结果]通过实例,验证了所提出模型及设计方法的有效性。[结结论]研究成果对于实现声学包优化设计工作的标准化和程序化,有效减少声学包降噪设计成本具有参考价值。     

远洋客船玻璃结构声学特性研究

以远洋客船玻璃结构为研究对象，对远洋客船舱室窗户玻璃结构和阳光房玻璃结构的声学特性进行研究。利用统计能量法建立单层玻璃和聚乙烯醇缩丁醛(Palyvinyl Butyral, PVB)夹胶玻璃的声学模型，基于VA One软件仿真其隔声量，结合不同频段隔声特性和平均隔声量的大小总结3种玻璃在不同结构参数下的隔声规律。研究结果表明：PVB夹胶玻璃的隔声性能在全频段内都要优于等厚度的单层玻璃；PVB夹胶厚度每增加1 mm,其平均隔声量增加0.12 dB。考虑到工程实际，最终选取玻璃组合厚度为6 mm和16 mm,中间空气层厚度为8 mm,平均隔声量为56.04 dB。     

基于统计能量法泡沫铝三明治板隔声性能研究

针对泡沫铝三明治板隔声性能较难评估的问题,提出简单可行的基于统计能量评估方法。以泡沫铝三明治板结构为研究对象,基于统计能量法对其隔声性能进行数值计算,并与实验结果进行比较分析,验证了数值计算方法的可行性。利用此方法研究泡沫铝三明治板结构的夹芯泡沫铝厚度、孔隙率以及增加空气层对其隔声性能的影响,发现当夹层泡沫铝厚度为10 mm、孔隙率为70%时三明治板隔声效果最佳,泡沫铝厚度平均每增加10 mm其隔声量增加2 dB,同时增加空气层可以增加其隔声量。     

内嵌声学黑洞薄板振动特性数值模拟方法研究

[目的]针对内嵌二维声学黑洞薄板的数值模拟方法进行对比研究,[方法]提出使用板壳单元对声学黑洞薄板进行离散建模的方法。首先,设计内嵌二维声学黑洞薄板算例,应用体单元建立该薄板的有限元模型,以验证其声学黑洞效应。然后,采用相同尺度的板壳单元来模拟该二维声学黑洞薄板,并对2种建模方法的模态和振动特性进行数值对比验证。最后,讨论声学黑洞区域厚度阶梯变化尺度以及幂律对整体结构振动特性的影响。[结果]研究表明,使用板壳单元离散内嵌声学黑洞薄板计算其振动特性的精度是可靠的,板壳单元离散方法相比体单元离散法具有计算规模小、计算效率高的优点。同时,合理调节声学黑洞区域的厚度阶梯变化尺度以及幂律会改变局部模态对应的固有频率。[结论]研究结果可为声学黑洞结构的设计与应用提供指导。     

水下舱段结构气垫隔声技术研究

针对潜艇动力舱段隔声问题,基于阻抗失配原理提出气垫舱段隔声结构形式;围绕气垫结构物理模型与统计能量法模型建立,气垫隔声效果验证、气垫设计参数影响规律这几个方面,开展气垫结构隔声性能研究。本文利用商用软件VA One数值计算耐压壳体受到单位白噪声激励后SIF声压随频率的变化曲线,通过控制变量法,一方面验证了气垫结构优良的隔声性能,另一方面掌握了气垫结构设计参数(包括轻壳体结构与厚度,空气层厚度,下潜深度,敷设吸声材料)对隔声性能的影响规律,为潜艇的机械噪声控制提供有力支撑。     

不同形状质量块的声学超材料结构隔声特性研究

随着对舰船声隐身性能要求的不断提高,舰船隔声材料不仅要轻质还应具有优良的隔声性能。夹层板结构具有轻质,且在高频段具有良好的隔声性能,但其在中低频段隔声性能不是很理想。薄膜型声学超材料结构具有良好的低频带隔声性能,因此本文将薄膜型声学超材料引入传统蜂窝夹层板结构中,设计新的超材料蜂窝夹层板结构。通过数值方法对不同形状质量块超材料结构的隔声特性进行分析,并探讨蜂窝边框形状、质量块大小以及薄膜预应力对米字形质量块超材料结构隔声特性的影响。     

不同形状质量块的声学超材料结构隔声特性研究

随着对舰船声隐身性能要求的不断提高,舰船隔声材料不仅要轻质还应具有优良的隔声性能。夹层板结构具有轻质,且在高频段具有良好的隔声性能,但其在中低频段隔声性能不是很理想。薄膜型声学超材料结构具有良好的低频带隔声性能,因此本文将薄膜型声学超材料引入传统蜂窝夹层板结构中,设计新的超材料蜂窝夹层板结构。通过数值方法对不同形状质量块超材料结构的隔声特性进行分析,并探讨蜂窝边框形状、质量块大小以及薄膜预应力对米字形质量块超材料结构隔声特性的影响。     

基于SMA的隔声瓦宽频声学优化研究

文章采用分层媒质模型,对双壳背衬下隔声瓦的隔声性能进行了数值计算,借助敷设隔声瓦的加筋水下双壳振动及声辐射模型试验探索其宏观降噪特性。在腔型对隔声瓦声学性能的影响规律分析基础上,针对现有隔声瓦低频声学性能的不足,提出了一种采用形状记忆合金丝作为驱动器的宽频可控隔声瓦。结果表明:宽频可控隔声瓦低频机械激振下声学性能显著提高,同时有效拓宽了工作频带。     

基于几何声学的船舶舱室声学设计方法

[目的]为了在船舶舱室的众多噪声传递路径中选取最佳噪声控制位置及控制措施,[方法]基于几何声学理论中的声线跟踪法,考虑舱壁声透射的作用,提出声线搜索法。模拟船舶多舱室声场的分布,计算舱室声压。通过搜索目标舱室的供能声线,计算不同位置舱壁对目标舱室噪声的声灵敏度,根据灵敏度计算结果,设计船舶舱室降噪方案,优化舱室中高频噪声。[结果]利用该方法优化典型舱室噪声,噪声降低了7.3 dB。[结论]通过与统计能量法的对比分析,验证该方法可行,可指导船舶舱室降噪精细化设计。     

采用隔声、阻尼包敷降低管道辐射噪声

为了降低管路系统引起的水下辐射噪声，采用了多种振动声学防护措施，其中管路包敷是防护措施之一。介绍几种隔声、阻尼包敷的结构形式及包敷材料，通过对比相关的实验数据，发现合理的结构形式与材料的组合，对管道进行包敷处理后，其辐射噪声明显下降。管道包敷的工艺严谨，要求繁多，对其进行了相应的研究。     

声学材料表面铺层对船舶舱室噪声影响研究

针对船舶舱室噪声控制问题,开展声学材料表面铺层对船舶舱室噪声控制效果的影响研究。首先,基于传递矩阵方法建立声学材料微观声学性能分析模型,分析典型舾装声学材料吸隔声性能参数,并将理论计算结果与阻抗管试验值进行了对比,验证理论分析方法的有效性;其次,基于本文方法开展不同表面铺层对声学材料微观声学性能的影响研究,总结船舶舾装声学材料不同表面铺层吸隔声特性规律。最后,以某船舶实尺度舱室噪声测试值为基准,采用统计能量法探究考虑声学材料表面铺层与否对船舶舱室噪声的影响。研究表明,传递矩阵法可用于船舶舾装声学材料微观声学性能分析,表面铺层的存在将改变声学材料微观声学性能,并进一步影响船舶舱室噪声控制水平。     

复合隔声结构声学性能研究综述

复合隔声结构在船舶舱室壁板、船舶海洋平台舾装和机械设备等隔声领域应用广泛,文章对复合隔声结构的理论模型相关研究文献进行了总结,综述了包括复合层合板、多层板腔、阻尼材料、声学超材料及结构、吸声材料及结构等复合隔声结构的声学性能与应用,同等面密度的复合隔声结构与传统隔声结构的隔声量相比可提高4 dB以上。与此同时,展望了复合隔声结构的发展趋势和技术难点,为复合隔声结构设计和相关性能的研究及应用提供了参考。     

纵横加筋圆锥壳振动特性多目标优化设计

[目的]为了提高结构第1阶总体弯曲模态频率并降低低频范围纵横加筋圆锥壳尾端处的加速度总级,建立纵横加筋圆锥壳振动特性多目标优化设计的数学模型。[方法]采用有限元软件ANSYS对纵横加筋圆锥壳进行参数化建模,分析结构的振动模态以及在纵横加筋圆锥壳尾端施加垂直向下单位集中力情况下结构的响应。以Matlab为平台,使用遗传算法和宽容排序法对纵横加筋圆锥壳振动特性进行多目标优化求解。[结果]结果发现随着宽容度以及目标重量的增大,最优方案结构载荷处的加速度总级减小;单目标优化对于同一个目标值可以有多个方案与之对应。[结论]研究结果可为加筋圆锥壳结构声学设计提供参考。     

变厚度薄膜型声学超材料单胞的隔声性能数值研究

在船舶舱室中,结构振动引起的噪声有着低频、宽带的特点。常规的低频噪声,其隔声控制受到质量定律的约束,需要更为质密宽厚的材料。而基于一定设计的薄膜型声学超材料是一种单胞在几何尺寸上远小于声波波长的周期性材料,可以在某些低频频段下实现完全隔声。以往研究多讨论了等厚度的薄膜,对表面形状也呈周期性变化的变厚度薄膜研究甚少。本文利用商用有限元软件Ansys和Virtual. Lab Acoustic数值计算变厚度薄膜型声学超材料单胞的工作频率,并模拟单胞的驻波管实验。研究了变厚度薄膜型声学超材料单胞隔声性能随结构参数(包括质量块质量、薄膜厚度以及薄膜张力)的变化规律,为薄膜型声学超材料在船舶降噪方面的设计与应用提供参考依据。     

基于统计能量分析的船舶舱室阻尼降噪布置优化

[目的]对船舶舱室噪声阻尼控制进行布置优化研究,以提高阻尼减振降噪效果和降低阻尼重量。[方方法]首先,基于SEA理论,对声腔子系统的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理论推导与数值分析。同时,提出阻尼材料的布置数学优化模型并设计优化程序,运用MATLAB对VA One进行二次开发,建立舱室噪声阻尼控制布置优化系统。然后,在此基础上,将阻尼敷设分为5个区域,每个区域的阻尼厚度比为优化变量,以阻尼涂层的总重量为目标函数,以目标舱室的A计权声压级为约束条件,建立实船SEA优化模型并进行布置优化数值研究。[结果]研究结果表明,通过优化程序计算可以得到各区域阻尼敷设的最佳厚度,优化后的阻尼重量可减轻60.4%,有效提高了单位重量阻尼的降噪效果。[结论]该研究成功解决了舱室阻尼降噪的阻尼敷设位置和厚度的选择难题,为阻尼的声学设计提供了可靠的分析方法和指导。     

隔声去耦瓦抗冲击性能数值研究

在水下结构表面敷设隔声去耦材料是应用最广泛也是非常有效的一种提高水下航行器隐身性能的方法。但由于隔声去耦瓦含有空腔的特殊结构形式,该空腔结构形式在受到爆炸冲击波时,腔体将产生变形并吸收能量,这必然会对水下航行器的抗冲击性能产生影响。基于有限元法,通过改变敷设在结构表面的隔声去耦瓦性能参数（包括空腔结构形式、空腔尺寸及材料厚度等）,采用ABAQUS大型非线性动力学分析软件,对隔声去耦瓦空腔结构变形与冲击波能量吸收之间的关系进行了研究,得到了隔声去耦覆盖层空腔结构变形、速度及加速度与冲击波能量吸收之间的关系,并在此基础上,给出兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计建议。结果表明在声学覆盖层满足结构减振降噪要求情况下,建议尽量减小声学覆盖层的腔体形状。     

基于MSC.337(91)的组合结构的隔声计算与设计

针对MSC.337(91)《船上噪声等级规则》对隔声的要求,利用统计能量法模拟隔声指数实测系统,并将模拟计算结果与实测值相对比,从而提出一种可靠的隔声指数计算方法,为组合壁板和组合甲板的隔声计算及设计提供指导。     

船用聚氨酯蜂窝板的隔声特性研究

聚氨酯作为一种优异的材料近年来被广泛应用,利用夹层板这种特殊的结构形式,基于传统船用加筋板,通过等质量原理,设计了不同开孔形式的船用聚氨酯蜂窝板,利用声学边界元的方法对其隔声性能进行有限元仿真研究.同时分析面板厚度、夹层高度和夹芯壁厚等因素对聚氨酯蜂窝板隔声性能的影响规律,结果表明六边形孔的蜂窝板隔声性能略差,其他开孔...     

基于模态与振动传递函数分析的低噪声液压站设计

[目的]液压油站作为液压系统的动力源,是液压系统振动、噪声产生的根源。为进一步降低液压系统的振动、噪声水平,提出一种基于模态分析与振动传递函数分析的低噪声液压油站的设计方法。[方法]建立液压油站有限元模型,在此基础上求解出油站的模态,并利用模态叠加法对油站结构及液压泵的安装位置进行优化,得到油站的最佳结构形式和液压泵最佳安装位置。基于振动传递函数分析对液压油站箱体结构进行设计,优化泵组到油站机脚的振动传递路径,进一步降低液压泵组振动噪声对液压油站的影响。[结果]油站的振动噪声测试结果表明,该设计方法显著降低了液压油站振动、噪声指标,其中液压油站振动加速度总级降低5.7 dB,空气噪声降低2 dB,[结论]为液压系统减振降噪提供了较好的方法。     

浮动隔声结构在自升式海洋平台上的应用

浮动隔声结构在空气噪声和结构噪声的控制上效果显著。本文基于声学分析软件VA One建立自升式海洋平台的声学模型进行噪声研究,将浮动隔声结构应用于自升式海洋平台。通过噪声预报前后的对比分析表明:浮动隔声结构对噪声源舱室向外辐射噪声量的减少贡献大,减振降噪效果好,但对舱室自身的降噪效果不是很明显。