船舶舱室噪声评估及控制研究

    0 引 言

    随着生活质量的提高，人们对舒适度的要求越来越高，对于船舶上的工作人员和乘客也是如此船体舱室甲板的结构振动和噪声不仅会影响到人员的健康、正常的生活和工作，还会影响一些精密设备的使用寿命，降低某些特种船舶像工程科考船以及舰船等的工作性能［1］。振动噪声控制受重视的程度逐渐提高，因此，很多科研院所等都提出了静音船舶设计概念。

    对于舱室噪声的评估，目前主要有三种方式:最普通的就是通过人耳来听，感觉噪声的大小，但是没有定量的数值; 其次是通过仪器设备来测量，但是仪表读数在不同测点和工况下变化较大，不利于舱室的整体噪声评估，尤其是处于设计阶段的船舶不可能实现; 目前常用仿真软件来评估舱室噪声大小，主要采用统计能量分析法。

    1 统计能量分析法原理

    统计能量分析( SEA，statistical energy analysis)方法是从统计的角度分析统计密集模态平均的振动能量传递水平，适合于中高频振动分析，分析频带较有限元和边界元法宽的多［2］。将一个复杂的结构分成多个子系统，当某个或者某些子系统受到振动激励时，子系统间就通过接触边界进行能量交换，对每个子系统都能列出一个能量平衡方程，最终得到一个高阶线形方程组，求解得到每个子系统的能量，由该能量得到需要的子系统的振动参数［3］。

    利用统计能量法计算振动和噪声时，将整个模型离散成若干个子系统。根据模态相似的原则划分子系统，把一些模态能量相同及模态阻尼相等的模态划分一个模态群，同时还要保证子系统有足够高的模态密度。按目前统计能量分析发展的水平，使用于解决高频内的复杂系统动力学问题，即模态密度为 n( f) 的子系统带宽 Δf 内的振型数 N( N = n( f)Δf) 5［4］。

    本文以琼州粤海铁路火车渡轮作为评估对象，为了进行全船的舱室噪声评估，建立了比较完整的船体模型。将系统离散成 385 个子系统，包括船体甲板、外板、壁板、各个舱室的声腔、隔振器、主要动力设备以及各种载荷等。图 1 给出了重要舱室之间的能量转换。

    根据能量守恒原理，得到如下能量平衡方程:

    式中: ω 是计算频带中心频率; ∏k 表示外界输入系统的功率; n 代表系统在频段内的模态数; ηi为子系统的内部损耗因子; ηki为子系统间的偶合损耗因子5］。根据子系统数建立相应线形方程组，求解得到能量 E，从而得到相应参数如速度、加速度和外场声压等。