船舶结构振动噪声分析及其进展 附船舶机械设备噪声振动特性的分析.docx

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1、船舶在运行过程中使用的运转设备是产生振动与噪声的根源。船舶舱室里的 振动噪声会使劳动条件恶化，对船员健康产生不利影响，给乘客带来诸多不便。 因此，国际上船级社和其他机构如美国海岸警备队(U.S.Coast Guard)都规定其 噪声限制，这促使船舶设计师和建造师采取各种措施去降低船体结构的振动噪 声。在船舶领域，以往的实践大都是在已经设计完毕的船舶上采用特殊器材以达 到减振降噪的目的。然而，这种解决问题的办法所需费用较大，如果在一开始就 结合声学要求进行结构设计，则不仅节省开支，而且可以获得更大、更好的效果。 因此在船舶设计阶段就进行结构的振动噪声分析是很有意义的。噪声及其对人的危害噪声，一般

2、包含两种含义：就物理学观点讲，噪声就是各种不同频率和声压 之声音的无规律组合；就生理学和心理学观点讲，凡是声级很高，造成对人体的 危害，或者声级不高而使人厌烦，干扰人们的休息、睡眠、工作等一切不需要的 声音，都称为噪声。其危害也是多方面的：噪声对语言清晰度的影响：噪声声级越强，语言清晰度就越低。在80dB的 噪声环境里人们交谈已经很困难，而90dB的噪声环境里面则无法交谈。噪声对人听觉的损伤：最常见的是“听觉疲劳”，即在噪声作用下，使人的听 觉灵敏度暂时下降，过后很快就会恢复。这种现象也称“暂时性听力损失”。而当 听觉长期暴露在强噪声环境中，使听觉灵敏度下降变成长期的，以后不能再全部 恢复，即

3、造成“永久性听力损失噪声危害人的健康：长期处在噪声作用下会导致中枢神经功能性障碍，表现 为植物神经衰弱症候群；强噪声作用于中枢神经，往往引起消化不良及食欲不振, 从而导致肠胃病；噪声会使交感神经紧张，引起心跳过速、心率不齐、血压升高 等症状。船舶舱室噪声主要对船员生理和心理的影响，如唤醒睡眠、妨碍交谈、 打断思路、使人烦恼等。船舶振动与噪声的控制对于船舶振动与噪声控制，目前采用数值仿真的方法模拟船舶噪声振动问 题，主要基于有限元(FEM)、边界元(BEM)和统计能量分析(SEA)三种方法。有限元方法是确定性的求解方法，用于低频振动环境的预示，可以得到结构 的整体模态参数。与边界元方法结合可以预

4、示结构的振动以及内外声场的噪声辐 射强度。有限元方法虽然在理论上可以在任何频率范围内求解结构的振动和噪声 辐射问题，但是在求解高频问题时，由于波长很小且模态密集，要准确求解需要 网格精细程度足够高(通常在一个波长范围内需要6-10个单元)，因此模型的规 模会变得非常大，求解的时间变得非常的长，反而没有了数值仿真高效的特点。其次，由于结构的高阶模态参数对许多不确定的原始参数以及许多结构细节 非常的敏感,但是结构细节又不太好确定，使得有限元方法求解的精度大打折扣。 另外，结构声振分析既存在振动引起的噪声辐射问题，又存在噪声引起的结构振 动问题，传统的有限元方法在解决二者的耦合时比较困难。因此，有限

5、元方法通 常只是用于求解低频振动噪声环境的预示。而实际上船舶的振动与噪音的控制是 机舱集控室采用刚性安装的轻质五夹板内衬，其噪声插入损失不超过20dB(A)o 将集控室底甲板作双层约束阻尼处理，并采用具有减振、隔声、吸声综合降噪功 能的预制组合板，拼装成一个开口朝下的箱型整体内衬，通过高阻尼隔振器座落 在阻尼地板表层钢板上而不同集控室外廓接触。另外，为了减小外廓辐射声对内衬激励并减缓“空腔共鸣”与“吻合效应: 在 外廓的内壁面上遍附一层矿棉毡。这些措施使集控室振动与噪声均得到有效控 制，使集控室噪声插入损失达38dB(A),同采用刚性安装轻质内衬的集控室相比, 噪声插入损失约提高19dB(A)

6、o为减小激励幅值与减小激励的传递，除了优选主 机及选择齿轮箱速，还要考虑避免由轴频激励激起船体共振外，在柴油机下设减 振垫，这不仅可减小柴油机激励的传递，降低振动响应，也可减少结构固体声的 传递。减振垫的参数应经理论计算，其材质宜采用橡胶，以有利于声绝缘。安装 减振垫后，其油、水管路，排气管，对主机还有轴系，均必须采取弹性连接。 船舶噪声的控制措施噪声的控制是环境学的一项重要内容，其基本原理与防振、减振措施的基本 原理相仿，即噪声源的控制、噪声传播途径的控制以及噪声防护设备的使用。1 .噪声源的控制按船舶噪声的来源，主要可以从以下三个方面采取相应措施。螺旋桨产生的噪声控制。螺旋桨发出噪声的主要

7、原因有尾轴的静、动平衡未 校准好；螺旋桨运转时产生的乱流以及桨叶通过水流时的周期性压力变化；空泡 时，气泡的发生和破裂形成周期性的爆破音；桨叶上固有振动频率与叶片形成的 涡流引起共鸣，形成螺旋桨的“唱音”。因此，螺旋桨产生的噪声控制，应重点采 用预防的方法来实现。主、辅机产生的噪声控制。控制主、辅机产生的噪声可以合理选用低噪声设 备，从源头上减少船舶的舱室噪声，这也是舱室噪声控制的最有效办法。通风和空调调节系统噪声控制。通风和空调调节系统应采用低速、低噪声风 机；风机应安装减振器，出风口处应安装消声器，风机出风口管道和舱室中出风 口处管道内应安放吸声材料；风机与刚性风管连接处改用软管过渡或采用

8、软性接 头，以降低固体噪声的传播；舱室送风管与空气分配器之间，应同样采用软风管 过渡。2 .噪声传播途径的控制以及噪声防护设备的使用噪声控制最积极有效的办法是从声源上去考虑。在传播途径上控制噪声主要 是阻断和屏蔽声波的传播，或是声波传播的能量随距离加大而衰减。因此，控制 噪声传播途径可从声源和接收器位置的选择，增加传播距，隔声吸声和消声等手 段入手。舱室的合理布置。舱室的布置除了要满足常规设计的要求外，还必须从声学 角度来考虑。布置的最基本原则是，使声学要求高的舱室离声源舱室尽可能远些。 大型船舶可将居住区和机舱分区设置，若机舱和居住区混在一起而无法分离，则 机舱四周应设置那些无噪声要求的舱室

9、，如卫生间、储藏室及通道等。隔声技术。为了降低柴油机和发电机组运行时所传播的噪声，可以在机组表 面粘贴约束阻尼或使用隔声罩。在机舱结构允许的条件下，可在机组部分直接安 置一只散热通风轻型钢结构组合式的通风隔声罩。隔声罩用来阻隔主机向外辐射 噪声，它能适用于各种不同环境下的各类机械噪声的控制。隔声罩的实际隔声效 果除取决于结构和理论隔声量外，还与罩内壁材料的平均吸声系数有着密切关 系。吸声技术。若机舱内声源经过声波的多次反射，其噪声级比同样的声源在露 天的噪声级要高十儿分贝。由于机舱内混响声十分严重，特别是多台机组同时工 作时尤其如此。因此有必要在机舱内粘贴吸声材料，可以使混响声大大降低。这 些

10、实际处理效果表明，安装了铝合金微穿孔板材料以后，机舱内的噪声可以降低 18db以上。结束语随着认识的不断深化和测试手段的日臻完善，人们环保意识的增强，船舶噪 声标准将更加严格，因此对船舶噪声的控制提出了更高的要求。在对船舶噪声控 制时还应注意到，在实际中往往受到船舶造价和造船厂技术条件的限制，因此在 船舶设计阶段就应考虑船舶噪声控制的因素，并在船舶建造过程中注意噪声控制 设计工艺的实施。船舶机械设备噪声振动特性的分析摘 要：现如今船舶已经成为我国民用运输业的主要组成部分，民用船舶一 般又分为运输船、工程船、渔船、港务船等。现代的船舶技术复杂、数据精密， 同时这也反映了一个国家的科技发展水平和工

11、业水平。船舶的种类繁多，本文主 要是针对船舶机械设备的噪声振动特性，描述船舶机械的概念，船舶噪声源的研 究、噪声对船员的危害以及设备安装和噪声振动来进行船舶机械设备噪声的测试 方法，通过分析、整理进行归纳总结。关键词：船舶机械设备，噪声振动引言：随着科技的发展，船舶的排水量和动能越来越大，对船舶的噪声设计 已经成为船舶设计的重要因素，在民用船舶领域也有很多研究，不同的设计过程 有着不同的水平测试评估，在噪声评估中，对水下声辐射评估的研究还是比较有 成效的，但是对于机械振动源的研究，国内还没有确切的讨论过，肯定也有很多 问题没有得到有效的解决，所以对船舶设备噪声振动的特性仍需要继续研究。一、船舶

12、机械设备的概念现代船舶的做工精细、船体的结构坚固、航海性能强，拥有良好的性能，可 以体现一个国家的工业科技水平。船舶结构复杂，由成千上万个机械设备组成， 一般由船体的结构设置、设备系统，动力装置，通信、导航装置，线路装备，防 护设施，以及工作和生活舱室以及所需要的油、水等必备用品组成。这些环节都 不能出现任何的失误，如果说其中一个环节出现失误，哪怕一点小失误都可能会 导致船艇无法正常行驶。民用船舶主要有运输船舶和渔船、工程船和港务船，船舶根据名称也可以分 为两类，这些定义并不存在明显的界限。根据以前对船舶隐身性能的研究，主要 在于船舶机械噪声、推进器噪声进行控制、以及消声瓦技术等等。二、船舶的

13、辐射噪声源以及噪声数据库1、船舶的主要噪声源船舶的主要噪声源包括机械和螺旋桨噪声，机械噪声简而言之是噪声在低频 率阶段的噪声，在低速航行时，船舶的辅机是主要的自噪声源，与航速几乎无关。 机械和螺旋桨噪声的大小取决于船舶的频率、航速和航深。相比于特定的航速和 航深，船舶存在一个临界点，当低于所要达到的标准点时，主要成分是机械和螺 旋桨的线谱；高于这个点时，谱主要成分是螺旋桨空化连续谱。柴油机也是船舶轮机中主要噪声源之一，而柴油机噪声的主要是通过排气来 制造噪声。柴油机排气温度一般可高达45。500,并且排气中含有油烟雾， 加上船舶上空间位置很小，尤其是小船舶，柴油机功率又很大，留给消声器的空 间

14、尺寸更小，要同时兼顾大的消声量与小的阻力损失两项指标，所以目前的噪声 还需要进一步研究。2、噪声数据库的建设有关数据库的建设的内容非常繁琐，它涉及到数据库的软硬件建设，从管理 制度的建设到整个噪声数据的整合、分析、研究等等，然后再是特征统计建立模 型，船舶的噪声数据作为重要的特征参数，根据研究数据库的理论知识和实际经 验，可以在噪声测试和分析中建立噪声管理系统，完善数据库信息管理体系的建 设，让数据发挥它应有的作用，来满足对船舶噪声数据的全面了解和不断改进的 急切需要。数据库的设主要有以下的几个方面：（1）数据库的体系结构设计和网络拓扑结构设计。（2）数据库的实验室环境及安全保密设计与建设。（

15、3）数据库的硬件平台建设、网络组建。（4）建立噪声统计模型，并对噪声的特性进行探究。对于噪声数据进行进一步的探索，根据不同应用的接口研究，建立面向应用 的演示、仿真系统等等。三、船舶噪声的危害及降低噪声的好处1、船舶噪声的危害船舶的辐射噪声，是被动声纳的声源信号，存在一定的噪声危害；在运输中 会由于运行过程中的水动力时产生噪声，水中物品也会因为发射产生噪音。有些 船舶的噪声很大，噪声源繁多，噪声的强度比较大，有关辐噪声的危害有以下几 点：一方面在运输途中造成不便；其次还有可能遇到海洋某种生物，导致船舶自 身受到损害；并且干扰本船的水声设备对海洋生物也会带来影响等等。2、船舶噪声对船员的危害船舶

16、的噪声来源复杂，强度大，对船员的各个身体方面都有危害，很多国内 外船舶专家对噪声对艇员的危害做了大量研究报告，了解船员所处的工作环境。 下面是船舶的噪声对船员的危害：（1）噪声作用于人的中枢神经系统，经常性的在噪声环境中容易引起大脑 皮层功能异常，使兴奋和抑制平衡功能失调，反射弧迟缓，影响思考，反应迟钝, 对外界的事情感知较慢。（2）影响睡眠，长期工作会产生积累效应，使人出现头晕、头痛、烦躁、 失眠、心悸、恶心、记忆力减退等神经衰弱症，导致工作效率降低，注意力不集 中，引起工作事故。（3）造成心血管等疾病，因人而异，有些人心率、血压、心电图的变化很 大，人体免疫力下降，心脏功能衰弱等等。（4）

17、在特殊条件下，如果船员暴露在强噪声下的时间加长，容易形成急性 听力损伤，由于船舶所有舱室和部位都存在噪声，船员工作结束后继续处在噪声 环境中，不能很好的休息得不到完全放松、恢复，使听觉疲劳或损伤不断的累积, 最终容易导致永久性听力损伤。3、降低船舶噪声的好处（1）降低对沿岸居民的干扰，提高沿岸居民的身体健康，按照国家标准， 交通干线两侧居民区执行四类噪声标准，昼间噪声应小于70dB,夜间应小于 55dBo（2）减少运输途中船舶机械噪声的污染，可以保护海洋生物及生态环境。（3）保护船员的听力，尽量减少对船员身体损害，把船上工作人员的听力 损失减少到最低，提高身体免疫力。四、减少船舶海下噪声控制测

18、试建议因此，各国一直在研究船舶海下噪声控制措施，希望减少噪声的污染，减少 船舶噪声对船员的伤害，根据对未来船舶噪声控制，主要提出如下几点建议：（1）加强船舶噪声控制的设计，要重视、加强航行使用中噪声控制问题的 研究。(2)要加大对船舶噪声的控制，进行自主创新，加大对噪声控制技术的研 究，并通过研究发展减少船舶的噪声。(3)加强对噪声控制技术的管理，加强船舶不同型号之间噪声控制。采用 喷水推进等新型的推进系统。(4)隔振、阻尼也是降低船舶上机电设备噪声的主要手段，但是敷设消声 瓦应该注意，艇体需要光滑一点，可拆板、胭装件在结构上应做合适嗯调整，来 保证表面与消声瓦一致。五、总结随着科技的进步，我

19、国在民用船舶领域的力量也得到了极大的增强，但是国 内的技术并不十分完善，噪声大的船舶会妨碍通讯，干扰控制信号的接收，如果 工作人员长期在这种刺激下，可能会引发各种疾病，最终导致身体免疫力下降。 因此，我们要继续研发安静型船舶，为国家进步、生态保护、人员安全等各方面 保驾护航。参考文献：1原春晖，张国良，张维衡，孙光苏,声强法测声功率的工程应用研究J.噪 声与振动控制，2001, 21 (3)： 17-222袁惠群.具有分布质量的双层隔振系统隔振特性分析J.振动与冲击， 1996, 15 (3)： 61-64.3原春晖，朱显明，邵汉林，张国良.船舶机械振动源激励力的间接估算工 程方法J.中国船舶研究,2006, 1 (1)： 25-32.4王国治，王飞.基于振动传递特性的舰船机械噪声监测预报系统0船 舶水下噪声学术讨论会.2007.5王国治，仇远旺，胡玉超.激励载荷的模拟与舰船机械噪声预报J.江 苏科技大学学报(自然科学版),2011, 25 (4)： 315-319.