高速船结构噪声传播与其阻尼被动控制的.研究

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1、武汉理J：大学硕士学位论文1．1研究背景第一章绪论早在二十世纪初尤其是二战后，船舶噪声问题日益受到人们的关注(如前苏联自_-Z十世纪五十年代起将船舶声学的研究提到首要地位)，一方面，随着科学的发展和人民生活水平的提高，对船员的工作环境和乘客的居住条件提出了更高的要求；另一方面，出于战略的目的，为提高舰船的隐蔽性，增强其战斗能力，也要求降低舰船自身的噪声辐射。当前各国家、国际权威组织已经为船舶及离海岸装置制定了相应的噪声级标准，例如国际关于船舶噪声的IMCO准则，在此准则中规定了居住区的最大噪声级为60分贝，而在北海，离海岸装置的居住区噪声级不得超过

2、65分贝。在1982年我国交通部对我国内河和海船也曾制定了相应的噪声级要求。对要求能“安静航行”的渔船、邮船、豪华旅游船等来讲，对船舶噪声级将有着更高的要求。噪声的危害是毋庸赘述的。研究船舶的声学特性，制定合理的降噪措施，目前已成为船舶设计中一项重要任务，尤其是对一些对l噪声级有特定要求的船型。值得提出的是，在总体设计完成以后再来进行降噪设计，往往难以达到预期效果，并会付出高昂的经济代价甚至会有损于船舶的其它性能，在过去的实践中，也曾发生过因为噪声超标而使船舶无法通过验收事例。这样就迫使人们去改变“静态设计．动态补偿”的传统设计思想，寻求各种途径来

3、控制船舶噪声。高速船是自二十世纪五十年代以来，在船舶航速上出现突破、概念新颖的新一代船型⋯，它的出现将在很大程度上改变传统交通运输的结构局面，给水运业注入新的活力。但是，高速化的同时却带来了严重的振动与噪声问题”1。究其原因，主要有以下两点：(1)在船体的结构方面，高速船的船体刚度要较常规船舶弱，船体骨材在相同的问距下，振动频率比常规船低，高阶振动模态易被激发出来。(2)从激励源上看，高速船的t机功率大、转速快，螺旋桨的脉动压力显著增长。振动激励幅值大，频率高，船体容易发生局部共振，船底板的声辐射效率提高；同时高速主机和螺旋桨作为主要声源(振源)，

4、辐射的空气噪声响度高、声强大、区域广。因而“减振降噪”设计成为近代高速船研究的一项关键技术，它包括两个方面：(1、在高速船设计阶段，分析结构的动态特性，使结构振动与噪声在允许范围内。f21在高速船运行和使用过程中，采用各种减振降噪措施，控制有害的振动与噪声。武汉理【：人学硕fJ学位论文对高速船来讲，耍处理好其噪声问题存在如下问题13l；(1)降噪是一项复杂的系统工程，影响船舶振动和噪声的因素众多，机器设备等并不是以噪声为主要日标而选定的。f2)降噪需要花费较大的代价，甚至要牺牲如快速性、装载量等方面的性能。f3)当今高速船绝大部分为小型船，在一个小

5、范围内处理比常规船更加突出的振动噪声问题，增加了解决问题的复杂程度。如何运用科学合理的降噪方法、方案从推体上解决高速船的噪声问题，足对高速船设计更高层次上的要求，而这也是本文所追求的目标。红一般情况下，船舶主要噪声源为主、辅机和螺旋桨，但不与主声源直接连接的居住舱室的噪声级主要是由结构噪声决定的。阻尼材料由于其施工简便，效果显著，在高速船减振降噪中得到了广泛的应用。山于种种原因，当今在运用阻尼减振降噪的过程中，对于阻尼敷加的位置、数量等大多依据工程经验而定，这样往往会造成一定程度上的浪费。另外由于高速化的要求使得高速船对重量相当敏感，它要求在降噪过

6、程中须运用适量的阻尼取得最佳的效果。从而研究结构噪声在船体结构中的传播的规律，了解结构噪声的传播路径、传播特点以及振动功率流的分布等，是优化阻尼降嗓的必要前提。本文将通过考察船体结构中的振动功率流，通过分析阻尼对功率流的影响，达到优化阻尼降噪的rI雕J。1．2结构噪声研究的动态与进展1．2．1理论基础声学是研究声音的产生、传播、接收、作用以及处理重现的学科。至今已有很多声学基本理论著作【5】16]。结构噪声足一种特殊的“声音”，在诸多文献·13，它的定义也是多各多样的，但一般认为结构噪声是振动以各种波的形式存结构r1J传播并向空气中辐射声波的一种过

7、程。从而研究结构噪声存在两种方向，一种从机械振动角度，研究弯曲、剪切、扭转运动以波的形式在结构中的传播规律；一种从声辐射的角度研究结构振动与声场的耦合关系。在理论上，除基本声学知识外，还涉及到弹性动力学，结构动力学等内容。弹性固体的波动性质的研究在19世纪未到二十世纪初就已经丌始。山于光的波动性质得以揭示，伴随着地球物理学和地震学的需要，许多数学力学家如Navier、Cauchy、PoissonS．D、Rayleigh、Lamb等曾致力于弹性固体中的波动研究，为结构噪声奠定了理论基础⋯l'[121。AchenbachI¨】从六面体微单元f_f{发，

8、·2·武汉理J：大学硕十学位论文给出了固体弹性动力学基本方程，运用Lame分解原理，将弹性动力位移场分解成一个标量势的梯度