基于PCL的船舶结构参数化建模及振动噪声评估

    船舶结构振动与噪声控制对于舰船及民船，都是一项重要的课题． 若能在设计阶段就能对未来船舶的声学性能作出较为准确的预报，这对正在进行的船体结构设计有着重要的指导意义． 由于船体结构的复杂性，新型船舶设计的周期较长，船舶振动噪声的问题往往不能及时发现． 设计部门迫切需要在方案设计阶段就能了解未来船舶的声学特性．

    文献［1 －6］对船舶结构的振动与噪声进行了广泛的研究． 但其研究对象通常是某艘确定的船舶，研究内容通常是分析其振动噪声特性，很少涉及船体结构参数的修改． 至于利用参数化建模技术，在案设计阶段对船舶的振动噪声进行比较与评估，国内尚未见相关报道． 文中针对某型船舶，以有限元分析软件 MSC． PATRAN 为平台，利用其命令语言 PCL，设计开发参数化建模与振动噪声分析的相关程序; 并且利用开发工具 MATLAB 的 GUI，实现参数化建模软件界面的控制． 在此基础上，模拟船体以及设备基座的各种结构方案，对比了不同方案时的船体结构振动与水下声辐射，实现了船体结构方案的振动噪声评估，该方法为船体结构声学特性的预报及快速评估提供了一种新手段．

    1 基于 PCL 的船舶结构参数化建模

    船舶结构中可实现参数化的变量广泛，首先是船体结构尺寸，例如船长、型宽、各层甲板的高度、各舱室的尺寸以及机舱内的设备安装基座的位置及尺寸等; 其次是结构的单元属性，例如船体外板、甲板、上层建筑、舱壁以及各种基座的板厚，纵横梁与加强筋的型材号以及机械设备的重量等． 编写PCL 可采用两种方式: 其一是利用软件本身自带大量与有限元建模分析有关的函数编写［7］; 其二是利用操作 Patran 时生成的 session 记录文件，其中包括从打开到关闭 Patran 过程所进行的一切操作．这两种方式生成的 PCL 都可实现参数化建模．

    由于船舶振动噪声主要来源于机舱的振动，而机舱的结构形式及参数对振动的影响较大，因此，参数化建模以机舱结构作为重点． 此外，由于基座是连接动力设备与船体结构的主要部件，也是机械振动传递到船体结构的主要途径，基座结构的参数化也十分重要． 以下以典型基座为例，阐述 PCL 参数化建模的方法．

    Patran 里定义参数的过程为: 菜单栏 Tools ＞ PreRelease ＞ Parametric Modeling． 若要创建一个如图 1 所示的具有腹板、肘板、面板的基座，可打开创建参数模块，将基座腹板高度、面板宽度，肘板下宽度定义为参数( 图2) ． 于是，基座的尺寸已经实现参数化，只要修改此 PCL 里对应的参数值即可修改基座尺寸．