超大型海洋平台噪声预报研究.pdf

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1、第11期，占7．超大型海洋平台噪声预报研究惠宁1，高鹏1，马骏2，沈志恒1，杜明1(1．海洋石油工程股份有限公司，天津300451)(2．大连理工大学，辽宁大连116024)[摘要]为实现超大型海洋平台噪声的预报，得到各开敞区域和各房间内的声压级，通过声学软件VAone掣J计算，将声学计算基本理论方法(有限元／边界元法与统计能量分析法)成功拓展应用在宽频带多噪声源的海洋工程设计中。探讨了大型海洋平台统计能量分析模型的建模特点；通过考察子系统模态密度，确定了统计能量方法在噪声预报中的适用范围；根据相关标准规范，对房间内及开敞区域噪声进行了评价，并对噪声可能超

2、标房间提出了合理可行的降噪减振方案。[关键词]海洋平台；统计能量法；有限元法；边界元法；噪声预报荔湾3．1平台为亚洲最大的海洋石油平台，仅上部模块重量就超过30000吨。平台上布置的大量设备运转产生的高分贝噪声对海上作业人员的身心健康带来不利影响。人员长期处于高噪声环境下，不仅会导致噪声性耳聋，还会诱发神经系统、心血管系统、消化系统等多方面的疾病【I】。《海上固定平台安全规则》规定了平台各处噪声限值f2】，这意味着在平台的设计期间就必须研究整个平台的噪声环境。在平台设计阶段，由于不能通过现场实测得到平台噪声数据，因此通常采用数值模拟方法预测各区域噪声声压级

3、。根据预测结果优化设备布置，并采取适当的减振降噪措施以满足各相关标准的要求。海洋平台噪声预报分析通常分为三个阶段：(1)总体设计阶段：利用经验公式法或噪音较小的类似平台作为设计依据；(2)详细设计阶段：利用软件仿真分析，选择噪声与振动控制方法，制定和修改实际平台结构设计方案；(3)海试测量阶段：既是对理论的实践验证又为基础设计提供重要依据，还可为以后的平台设计提供经验和依据。因此海洋平台噪声的预报分析，对于优化海洋平台结构的声学性能，为工作人员提供舒适的环境及对其后的平台噪声设计都具有重要指导意义。1基本原理1．1边界元方法基本原理在瞬态声源激励q(r，t

4、)作用下产生的瞬态声场中，声压p(r，t)满足波动方程：v2pif,t)一iz—OZ_p再(i产,一O：q(tt)若声源激励为简谐激励，则所产生的声场为稳态声场。此时波动方程可简化为Helmholtz方程：9Zp@∞+k2pff,曲=ra(r3由结构振动产生的结构声的声压也满足上述方程。在海洋平台结构声学和水声学计算中常考虑Helmholtz方程。相应的声学边界条件见表l。式中k=60／c为波数，∞为圆频率，c为流体介质中的声速，p为流体介质的密度，n为结构表面外法向单位矢量，vn为结构表面外法向振速，A(r)为结构表面的导纳，Z(r，∞)为结构表面的阻抗

5、。若考虑结构振动与声场流固耦合，还应加入结构振动方程。声学数值计算的主要任务就是求给定振动、声学和几何约束边界条件下上述偏微分方程组的解。表1声学边界条件类型波动方程Helmholtz方程Dirichletp@c)=声F，c)p@，似)=声p，m)Neumannap(tc)at‰@，c)—否元一2一。p∞‰‘r，∞)百2一p—面一作者简介：惠宁(1986一)，男，山东济南人，硕士，主要研究方向为化工过程机械。现在海洋石油工程股份有限公司从事海洋工程机械设计、全频域噪声分析等工作。1．2统计能量方法基本原理统计能量分析法是将能量守恒方程应用于每一个子系统，即

6、子系统消耗的能量加上传递给其它子系统的能量，应等于输入给该子系统的能量[3】。如图1所示为两个相互耦合的线性单自由度子系统：图l典型sEA系统其能量平衡方程可以用下式表示：P1=to-q，E，+叫lznl(卺一》：P2=tollzEz+州2xn2(老一》其中∞为分析带宽内的中心频率，Pi为时间平均上的输入能量，Ei、ni、r1分别为i系统的能量、模态密度和内损耗因子，q。。是振动能量从i系统传至i系统的耦合损耗因子。2海洋平台噪声分析预报流程及模型化2．1噪声分析预报流程参考船舶噪声计算预报的一般流程，结合海洋平台振动噪声的特点，提出如图2的海洋平台振动噪

7、声预报流程。2．2噪声分析预报模型化本文所研究的海洋平台是一个超大型的复杂海洋工程设施，包括上层、夹层、中层和下层甲板区域以及组块及生活房间。平台上布置有大量的振源、噪声源【41(包括：电站设备、各类泵、压缩机、空调和油气水处理动力机械等)，进行振动声学计算时，除需要上述振源和噪声源初始数据外，还需要平台结构总布置图、房间设计图、建立海洋平台有限元模型建立海洋平台统计能量分析模型■—1Lj对比规范要求进行评价制定减振降噪措施图2海洋平台噪声预报分析流程舾装图等相关图纸，以及门、窗、地板、隔板的材料列表及其几何参数、物理参数、质量和声学特性等数据。在海洋平台

8、上，大部分声源为开敞声源。在VAOne中单纯应用边界元方法(BEM