基于有限元—统计能量数值混响室法的声学包设计与优化北大核心CSCD

[目的]为解决传统声学包设计法耗时、耗资高的问题,[方法]利用有限元—统计能量(FE-SEA)数值混响室法在全频段进行声学包的设计与优化。设计空气层声学包及无空气层声学包这2种类型共8种声学包,计算其隔声量。采用遗传算法,以达到最大隔声量值为目标对每一种声学包的材料层厚度进行优化。[结果]研究表明,有空气层存在的声学包的隔声量值较无空气层声学包的高2~6 dB,且与原始设计相比,优化后的声学包的隔声性能得到大幅提高。[结论]所得研究成果对实际工程中船舶声学包设计有重要的指导价值。     

基于统计能量法的客滚船舱室降噪设计

以某型号客滚船为例,提出基于主要噪声源和传递路径分析的降噪设计策略。首先,基于统计能量分析方法,将客滚船按模态群相似原则划分为若干个子系统,依次对子系统创建连接、设置材料参数和损耗因子,构建了全船声学分析模型。其次,分析了客滚船上的多个噪声源,对多噪声源下的客滚船进行舱室噪声预报。对多个舱室的噪声成分进行分析,确定了影响舱室噪声的主要噪声源为主机排气噪声和振动噪声。通过分析舱室的声能量流动和板子系统的输入功率占比,进一步确定了噪声主要传递路径。最后,对主要噪声源和主要传递路径进行相应的降噪处理。结果表明,经降噪处理后,绝大多数重要舱室的噪声值已降到限制值以下。     

基于能量优化法的船型快速设计

为使船型设计不再局限于母型的束缚,能够根据设计参数快速生成光顺的船体曲面,基于对船体曲线特征的分析,给出了具体的船型设计参数,提出了利用能量优化方法,以船体曲线的曲率平方和最小为优化目标,求解基于NURBS表达的、光顺的船体型线的设计方法。该方法可以在插值点、导矢、曲率、面积及形心等相关约束下调整船体曲线的基本形状特征,保证船体曲面的光顺性,实现船体曲面的NURBS表达。通过对某一条船的设计,证明了该设计方法的可行性和实用性。     

基于统计能量法的游船舱室噪声预报与降噪设计

作为舒适性的一个重要标准,游船舱室噪声越来越受到重视。文中以一艘48m内河游览船作为研究对象,通过VA One软件对其建立统计能量分析模型。对该船各舱室的噪声级进行预报。通过计算分析,在模型中添加噪声控制措施,得到合理的船舶噪声控制方案。所得出结果对于游船的舱室噪声控制具有一定的指导意义。     

基于声学设计与噪声预报的舰船基座结构设计与优化

舰船基座是用来固定动力装置的基础结构,在起到承载设备重量作用的同时,也会将动力装置产生的振动传递到舰船船体,直接影响着舰船的声辐射特性。在舰船基座设计时,需要考虑这种振动传递性对声辐射特性所带来的影响。本文在舰船基座设计中,通过声学设计与噪声预报技术,研究舰船基座参数对声辐射特性的影响,从而选取最佳的设计方案,实现对舰船基座设计的优化。     

基于统计能量法的船舶舱室噪声预报研究

为了更准确地预报舱室噪声,以驳船为例,建立船舶SEA模型,采用VA ONE软件分析SEA参数的取值对于噪声预报结果的影响。首先分析钢结构内损耗因子和壁面吸声系数对舱室噪声预报结果的影响,其次分析了发电机组的噪声激励对舱室噪声产生的影响,得出了钢结构内损耗因子对于噪声预报结果影响较大、壁面吸声系数对于噪声影响较小的结论。为后续建立SEA模型时参数的选取提供了参考依据,具有一定的工程实用价值。     

基于统计能量法的环肋圆柱壳中、高频振动与声辐射性能数值分析

基于统计能量法(SEA)对力激励下的环肋圆柱壳中、高频振动与声辐射性能进行了数值分析,通过与解析法计算结果的对比,证明了利用统计能量法进行圆柱壳中、高频振动与声辐射研究的可行性.重点分析了双层圆柱壳的振动与声辐射性能,得到一些有价值的结论.最后,对比分析了在相同激励力下的单、双层圆柱壳的声辐射性能,双层圆柱壳的外场辐射声压比单层圆柱壳的小.     

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。     

基于统计能量法的船舶舱室噪声预报方法研究

自2014年7月1日起,欧盟及国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)提出的新噪声标准正式生效,新噪声标准对船舶设计、建造带来了许多限制。针对新标准,江南造船(集团)有限责任公司对基于统计能量分析(Statistical Energy Analysis,SEA)方法预报噪声的基本理论及预报流程进行研究。噪声预报基本原理部分,主要介绍子系统间纯功率流平衡方程及系统的动力响应;预报流程部分,以某型在建船舶为研究对象,建立舱室声学模型,收集整理噪声源数据,计算分析各舱室的噪声水平,结合新标准对结果进行评价,确定需要采取防噪措施的舱室,分析噪声超标原因并提出解决方案,以确保船舶满足舱室噪声新标准的要求,提高船舶未来的竞争力。     

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。     

基于有限元的整船结构多学科设计优化

目前在同时考虑舰船水动力性能和结构性能的多学科设计优化模型中,水动力性能和结构性能的预报通常只能采用精度较低的经验公式。为了提高多学科设计优化模型的计算精度,必须要实现的技术就是将舰船水动力性能预报依赖于CFD的分析和将结构性能预报依赖于有限元的分析。重点研究了在多学科设计优化框架中集成有限元软件进行结构优化的技术。首先以一个简单的耐压圆柱壳为例子,介绍了iSIGHT调用Ansys进行包括参数化建模在内的结构优化的流程。然后对某船的整船有限元分析模型进行了整船结构优化研究。由于该船的整船结构有限元模型包含202个板和梁的属性,优化模型的设计变量很多,超出了目前很多优化算法的使用范围。在经过了多种优化算法的比较后,最终得到了优化解,实现了基于有限元的整船结构多学科设计优化。     

基于有限元仿真的水声换能器声学性能研究

论文运用基于COMSOL有限元仿真的方法,分析了压电换能器的声学性能。首先设计了长度为1mm,宽度为0.5mm,厚度为0.5mm的压电陶瓷晶体,通过仿真得到了以陶瓷晶体为中心的90°角范围内的近场声压场、远场声压级以及电位移矢量。然后通过改变压电陶瓷材料的介电常数,分析了介电性能的变化对换能器声压强度的影响。最后通过改变压电材料的厚度,研究了厚度的变化对换能器声压强度的影响。研究结果表明压电晶体的厚度越小、介电常数越大换能器的声学性能越好。     

基于统计能量法的海洋平台舱室噪声预报及控制

舱室噪声预报和控制对于提高船舶安全性和船员舒适性具有重要意义。本文基于统计能量法,根据CCS相关要求,采用VAONE软件对某新型海洋平台进行舱室噪声预报及控制研究,分别对4种不同内损耗因子进行讨论,通过分析超标舱室的噪声来源,采取有效的控制手段,为此平台的降噪设计提供参考依据,具有工程实用价值。     

基于统计能量法的船舶板架结构简化建模方法研究

统计能量法是解决复杂结构高频动力学问题的主要方法之一,限于其分析特性,过于细致化的建模会引发其计算量大、计算精度低等问题。针对典型的船体板架结构,提出基于统计能量法的船体板架结构简化建模方法,并结合数值计算加以验证。根据实际需求,提出简化建模的等效原则,给出多平板的简化建模方法;通过研究给出周期加筋板的简化建模方法;提出一种双层底结构的简化建模方法,并进行误差分析。     

基于设计波法的FPSO全船有限元分析

为了准确评估FPSO的结构强度及变形水平,采用谱分析法对FPSO剖面波浪载荷进行长期预报并确定设计波参数,对FPSO进行全船有限元直接计算,并将波浪载荷预报值与规范值进行对比。结果表明:全船分析充分考虑了局部载荷对结构响应的影响,真实反映了FPSO整体的变形和应力水平,船体结构满足强度要求,波浪载荷预报值比规范值大60%。设计波法克服了传统经验公式估算载荷带来的结果偏差。     

水下航行体机械系统的声学相似性研究--能量法

本文采用能量参数为分析参数，从机械设备固有的振动特性开始，分析水下航行体隔振装置，基座和壳体的声学相似性，建立机械设备的激励功率，壳体振动的空间均方值和水下辐射声功率的相似关系。     

基于统计能量分析法的船舶噪声预报与控制

随着《船上噪声等级规则》MSC.377(91)的实施,如何合理地降低船舶的噪声水平成为船舶设计过程中需要考虑的重要问题。船舶舱室的噪声预测方法研究也日益受到设计单位以及船厂的关注和重视,通过基于统计能量法对某散货船舱室进行初期的噪声预报;介绍了船体模型的建立以及简化方法,船舶噪声激励源的筛选以及计算,舱室舾装材料的添加和参数设定,并对船舶的结构噪声和空气噪声源的传播途径进行全面的分析,对预测噪声超标的舱室实施多种降噪方案,并分别模拟计算舱室的噪声值,为船舶建造过程中采用合适的降噪方案提供参考。实船建造后,通过后期实测值与预测值的对比和分析,对如何更好地实施降噪提出适当的建议。     

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。     

基于SYSNOISE软件的船舶振动声学数值计算

探讨采用声学边界元法软件SYSNOISE进行船舶振动声学数值计算的具体方法，以某船为例，对船舶有限元分析模型的建模、船舶振动频响分析方法以及动力计算结果与声学边界元模型接口等具体步骤进行说明，介绍了如何应用SYSNOISE软件建立船舶三维边界元怕学分析模型，并采用间接边界元法，对某船近场振动声学特性进行了计算分析。     

船用SCR系统的设计与数值优化

针对某型船用柴油机满足IMO Tier III标准的要求,设计了两型16种SCR反应器,采用数值模拟的方法研究了结构参数对反应器内气体流动的影响。结果表明在30°~45°区间较小的过渡角及较长的过渡段有利于气流的均匀分布;长径比在0.3~3之间变化时,随长径比增加,入口截面的均匀性指数先减小后增加,而中间截面则持续增加后趋于平缓。选取过渡角30°,长径比2.43的圆型SCR反应器研究了喷射参数对于尿素溶液喷射效果的影响,结果表明喷孔与轴线的角度在30°~60°时液滴平均行程随角度的减小而增加,有利于溶液的蒸发,同时喷射点应尽量远离壁面。