大型集装箱船整栋及噪声数值计算建模方法研究.pdfVIP

振 动 与 冲 击 第 27 卷第 5 期 JOU RN AL OF VIBR ATION A ND SH OCK V ol.27 No.5 2008 大型集装箱船振动及噪声数值计算建模方法研究 吴 刚, 杨德庆 (上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海 200030) 摘 要: 对大型集装箱船中高频域振动及舱室噪声数值计算的建模方法进行了研究。结构超大型化、大舱室、大 开口和弱扭转刚度等结构特点导致只能采用统计能量方法进行全船中高频域振动与噪声分析。另外,占总载重量和总容 积绝大部分的集装箱的模拟、船舶装载状态等,对全船振动和噪声数值计算结果的影响也是必须考虑的。本文探讨了大 型集装箱船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集装箱船振动噪声预报中 的适用范围。初步揭示了超大型集装箱船舱室振动、空气噪声分布与传播机理,为超大型集装箱船减振与声学设计与提 供指导。 关键词: 集装箱船;振动;噪声;统计能量方法 中图分类号: U663. 6 文献标识码: A 大型集装箱船的结构设计有其特殊性,为了在布 - 200Hz,螺旋桨为 5H z - 200H z 之间,减速齿轮为 10 置上争取更多空间装载集装箱并便于装卸,往往设计 到几万 H z,采用模态分析法的动力响应计算量非常大。 大集装箱舱室、大开口的甲板、高窄的上层建筑和舱口 统计能量法由于选用能量作为变量,当讨论由多种系 围板结构,尽量缩小机舱长度。使得船体扭转刚度下 统所组成的复杂系统时具有很大的优越性,广泛应用 降,振动及噪声问题突出。同时,船舶大型化、高功率 于中高频域振动和声学计算[ 2 ] 。数值方法预报超大型 化和航行快速性发展趋势,导致船上振动源与噪声源 集装箱船的全船振动及舱室噪声的主要技术挑战在 设备的扰动水平越来越高,相应的减振降噪设计难度 于,超大型集装箱船的本身大型化和宽频域导致的计 及成本也极大增加。对于超大型集装箱船,弯曲和扭 算规模,对于大量集装箱质量的正确模拟、集装箱质量 转振动耦合效应比普通船舶更突出,振动耦合效应值 的惯性载荷正确传递、大型主机的振源及声源考虑,以 得设计者们关注。进行全船振动与噪声数值预报成为 及计算机能力和通用软件适用性等一系列问题。 超大型船舶减振降噪设计中的关键技术,对设计初期 低频域(0H z ～120Hz)超大 型集装箱船全船振动 的主机和主要动力设备的选型及安装位置的确定提供 分析可以采用有限元或边界元方法计算,但对于低频 重要指导作用。另外,占总载重量与总容积绝大部分 域大型集装箱船全船噪声分析,迄今还未见相关报道。 的集装箱的模拟,船舶的装载状态等,对全船振动和噪 本研究探索采用统计能量法预报大型集装箱船全船振 声数值计算结果的影响也是必须考虑的。 动和噪声,通过考察考察子系统模态密度,确定统计能 集装箱船主机舱内引起振动噪声的设备很多,如 量分析方法的在大型集装箱船振动噪声预报中的适用 柴油机、减速齿轮、压气机、泵、阀和通风设备等,其中 频率范围。另外,在船舶设计初期对不满足相关规范 柴油机的振动和噪声最为主要[ 1 ～2] 。船体结构和船上 或船东要求的部位提前采取有力的减振降噪措施,不 设备以及周围的水介质是一个复杂的动态系统,无法 仅能有效地达到减少舱室噪声的目的,还能降低成本, 精确解算,实践中常运用近似方法进行研究。大型船 缩短造船周期。 舶由于振源及噪声源的广谱分布性,计算板或梁的振