螺旋桨船舶振动辐射噪声分析
船舶结构振动噪声分析与控制措施

船舶结构振动噪声分析与控制措施摘要:目前中国在船舶的振动影响研究方面的研究工作进行得还没有很完善,因此需要得到比较准确地来了测量方法的手段,例如Uzzato等人提到的耦合变量理论,已经能够被运用到不同的噪声频率中,不过在噪声研究中,关于研究结论的精度以及研究的有效性都还有待于继续考证。
关键词:船舶结构;振动噪声;进展相对而言,EFEA法—能量有限元算法在实际的使用环境中相较于SEA算法更有优势,因为其目标能够落在离散点上,因此可以更加逼真地模拟出船体结构的受力状态,也减少了过去在船体噪声振动中的不稳定影响,同时利用计算机系统也可以表现出更加逼真的数值结果,把传统算法的计算结果转变为空间矢量。
1噪声及其对人的危害噪音,通常包括两种意思:从物理学角度来讲,噪声是所有不同频带和声压的不规则混合;从生理学和心理学的角度来看,人们不需要的噪音被称为噪音,因为噪音水平太高,影响身心健康,或者因为噪音水平不高,使人疲劳,影响人类的休息、睡眠、工作等。
它的损害也是多方面的:(1)噪音对语言理解的影响:噪音水平越强,语言理解能力越低。
在80 dB的噪声环境中彼此交谈非常困难,但在90 dB的噪声中彼此交谈是完全不可能的。
(2)噪声环境对人类听力的损害:最常见的是“听力疲劳”,即在噪声的影响下,人们的听力敏感度会暂时降低,但很快就会恢复。
这种情况也被称为“暂时性听力损失”。
然而,如果听觉系统长期暴露在强烈的噪声中,直到听力敏感度逐渐降低并变得永久,无法再完全恢复,就会出现“永久性听力损失”的现象。
(3)强噪声影响人体健康:长期暴露于强噪声会导致中枢神经系统功能紊乱,主要表现为自主神经衰弱综合征;强烈的噪音刺激中枢神经系统,往往导致消化不良和厌食,进而引发胃肠道疾病;强烈的噪音也会引起寄生神经紧张,引起心动过速、心率不规律、高血压等现象。
船舱室噪音是对乘员生理和心灵的干扰,如唤醒入睡、阻碍沟通、中断思考、让人感到困惑等。
船用大侧斜螺旋桨的噪声计算与分析

船用大侧斜螺旋桨的噪声计算与分析船用大侧斜螺旋桨是现代船体设计中必不可少的部分,其具有高效、节能、稳定的特点。
然而,在使用大侧斜螺旋桨的过程中往往会发出噪音,这种噪音不仅会影响船员的工作和休息,还会对海洋生态环境造成影响。
因此,如何对船用大侧斜螺旋桨的噪声进行计算和分析就成为了一个极其重要的问题。
首先,船用大侧斜螺旋桨的噪声来源主要有两个,一是由于滑行产生的水动力噪声,二是由于螺旋桨叶片运动过程中所产生的涡流噪声。
其中,涡流噪声是船用大侧斜螺旋桨噪音的主要来源。
因此,在计算和分析船用大侧斜螺旋桨噪声时,我们需要特别关注涡流噪声。
其次,船用大侧斜螺旋桨的噪声可以通过理论计算和实验测试进行测量。
理论计算可以使用CFD(Computational Fluid Dynamics)和BEM(Boundary Element Method)等软件进行,以确定螺旋桨叶片运动时涡流引起的压力脉动幅值和频率等参数,从而得出噪声指标。
而对于实验测试,则需要在船用大侧斜螺旋桨运行时采集声音信号,并采用数字信号处理技术进行分析,得出瞬时声压值和频谱等。
最后,为了降低船用大侧斜螺旋桨的噪音,我们可以采取以下措施:增加螺旋桨叶片的数量和宽度,改变叶片的几何形状,降低螺旋桨旋转的速度,采用静音材料等。
通过这些方式,我们可以有效地降低船用大侧斜螺旋桨的涡流噪声,提高船舶的舒适性和安全性。
综上所述,船用大侧斜螺旋桨的噪声计算和分析对于保障船员的安全和健康以及生态环境的保护都具有重要的意义。
只有通过科学的手段,对船用大侧斜螺旋桨的噪声进行准确的计算和分析,才能在减少噪声的同时,确保船舶的运行效率和稳定性。
为了深入研究船用大侧斜螺旋桨的噪声,我们需要进行相关数据的分析。
下面将列出一些可能与船用大侧斜螺旋桨噪声相关的数据,并进行分析。
1. 螺旋桨旋转速度:螺旋桨旋转速度越高,涡流噪声越大。
因此,降低螺旋桨旋转速度可以有效地降低涡流噪声。
船舶结构的振动及预防措施分析

船舶结构的振动及预防措施分析摘要:本文通过对船舶结构振动的原因进行分析,结合船舶行驶的具体过程,进一步提出预防船舶结构振动的措施,提高船舶运行过程中的安全性。
关键词:船舶;振动;预防措施船舶在运行的过程中,会受到各种外在因素的影响,这些外在影响,可能直接作用在船体的外部结构上,也可能通过间接的作用在船体的表层,从而对船舶本身造成影响。
很多外力因素的对船舶的直接表现形式是引起船舶动荡,造成船舶结构的振动。
影响较小的振动可能会影响船内成员的身体不适,造成乘客的烦恼,降低乘客乘船体验感,但不会对船舶本身造成比较大的危害。
如果出现了比较大的振动,可能会使船舶在运行的过程中出现比较大的损伤,影响船舶的整体结构和各类零部件,造成零部件之间的剧烈的摩擦,使某个部位出现故障,影响船舶整体的运营情况,后期工作人员在维修的过程中,也需要投入大量的资金和人力,来对受振动影响的工作设备进行维修。
为了尽量避免这种情况的发生,我们需要对船舶结构的振动进行分析,提出相应的解决措施,减少对船舶结构造成的危害。
一、船舶结构振动产生的原因通过分析,船舶结构的振动主要原因是螺旋桨,主机,辅机以及其他的外在因素。
这些原因构成了船舶结构振动的振动源,让船舶在行使的过程中产生振动。
由于辅机所造成了振动比较小,所以这里对辅机造成的振动不进行主要的说明。
(一)螺旋桨造成的振动螺旋桨对船舶结构造成的振动有具体的不同的实现路径,通过研究调查,发现主要是以下几个方面。
第一,螺旋桨在旋转的过程中传递给船舶结构的力与力矩。
螺旋桨在运动的过程中,不可避免的会产生振动,在振动过程中,螺旋桨产生的力就会通过轴系传递出去,让船舶因螺旋桨而产生振动。
第二,船尾的压力分布不均匀。
由于船体结构尾部全部浸泡在水中,在运动过程中受到水影响的压力不均匀,造成了压力脉动的现象。
第三,螺旋桨与轴系之间产生的水弹性耦合。
(二)主机造成的振动主机在工作的过程中,除了会产生一次激励外,在某些特殊的情况下,还会产生二次激励。
船舶机械设备噪声振动特性的分析

船舶机械设备噪声振动特性的分析作者:安康来源:《科学与财富》2019年第17期摘要: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。
螺旋桨激振力作用下船体振动及水下辐射噪声研究

螺旋桨激振力作用下船体振动及水下辐射噪声研究付建;王永生;丁科;魏应三【摘要】The finite element method (FEM) and boundary element method (BEM) are used to calculate the structure vibration and underwater radiated noise of ship structure caused by the propeller excita-tions. It is analyzed and compared that the influence of vibration and underwater radiated noise are caused by three direction forces (shaft, transverse and vertical). The study shows that the vibration response ap-pears line spectrum at axial passing frequency (APF), blade passing frequency (BPF), 2BPF and ship na-ture frequencies. The underwater radiated noise is the biggest excited by the transverse force, then is the vertical force, last is the shaft force. The biggest radiated noise power of ship hull by three forces is mainly excited by transverse force at BPF, then is excited by shaft force at APF. It mainly berceuses that the BPF of transverse force is approach with ship nature frequency.%利用有限元法和边界元方法分析比较了螺旋桨激振力三个方向分力(轴向、横向、垂向)分别作用以及同时作用时引起的船体结构振动与水下辐射噪声。
一艘SWATH船振动及水下辐射噪声的评估

一艘SWATH船振动及水下辐射噪声的评估SWATH(Small Waterplane Area Twin Hull)船是一种双体船,其特点是船体两侧的浮船身相对独立,在水面上仅露出两条条薄薄的船身,具有很好的稳定性、防浪能力和航速表现。
由于其独特的设计和结构,SWATH船具有优秀的水动力性能,但是同时也存在一些问题,其中主要问题包括振动和水下辐射噪声问题。
首先,SWATH船的振动问题是由于双体结构所引起的。
船体在航行时会产生剧烈的震动,这是由于双体结构所导致的船体的相对运动,而这种相对运动又会产生横向和纵向的因素。
横向因素主要是由于两个浮船身之间的横向运动所引起的,而纵向因素则是由于两个浮船身之间的纵向运动所引起的。
此外,SWATH船的设计和结构还会导致一些其他的振动问题,例如机械振动和水动力振动等。
其次,SWATH船的水下辐射噪声问题也是一大问题。
水下辐射噪声指的是在船体下部产生的声波辐射。
在SWATH船的设计中,基本上是将船体下部置于水面之下,这样可以减少潜舵的存在带来的拖曳力和阻力,但是这也使得辐射噪声变得更加突出。
水下辐射噪声的强度取决于船体形状、速度和水路情况,以及船舱内部的声波源,例如机械设备和发动机等。
针对以上问题,可以进行一些评估和控制措施。
首先,对于振动问题,可以采取一些物理控制措施,例如通过对双体结构进行优化设计,改善其稳定性,在船体的结构中引入隔音材料等,提高船体的噪音减振能力。
其次,对于水下辐射噪声问题,可以采用声学绝缘材料、异步动力系统等技术进行降噪,进一步减少由SWATH船的设计和结构所引起的水下噪声污染。
总之,SWATH船的设计和结构虽然在水动力性能方面具有很大的优势,但同时也存在一些振动和水下辐射噪声等问题。
为了保证SWATH船在航行过程中的安全性和环保性,需要对其进行仔细的评估和控制措施。
通过对SWATH船的设计和结构进行优化,可以提高其噪音减振能力和降低辐射噪声污染,从而更好地实现航行任务。
螺旋桨系统振动特性研究与优化

螺旋桨系统振动特性研究与优化引言:螺旋桨是推进器的核心组件,对于船舶、飞机或其他涉及水上、空中推进的工具而言,其振动特性的研究和优化至关重要。
振动过大不仅会增加噪音和能耗,还会对系统的稳定性产生负面影响。
因此,深入研究振动问题,并找到相应的优化方法,对于提高螺旋桨系统的性能至关重要。
振动特性分析:螺旋桨的振动主要来源于以下几个方面:一是叶片与流体的相互作用力;二是叶片的非均匀分布质量;三是叶片结构和连接部件的刚度和强度。
第一方面,由于叶片与流体的相互作用力,会产生涡脱离和涡脱层现象,从而引起螺旋桨的振动。
这个问题在船舶和飞机上尤为明显,因为在水中或空气中,流体与叶片的相互作用会产生较大的压力和气动力,进而引起振动。
第二方面,叶片的非均匀分布质量也会导致振动问题。
一些螺旋桨在生产过程中存在叶片重量分布不均匀的情况,这会导致螺旋桨在运行过程中出现不平衡,从而引起振动。
第三方面,螺旋桨的结构和连接部件的刚度和强度也会对振动产生影响。
如果螺旋桨的叶片材料选择不当,或者连接部件的刚度不够,都会导致螺旋桨的振动问题。
振动优化方法:针对螺旋桨系统的振动问题,可以采取一系列的优化方法来降低振动水平。
首先,通过减小叶片和流体的相互作用力,可以有效地减小振动问题。
这可以通过改善叶片的流线型设计和减小流体阻力来实现。
同时,可以对螺旋桨进行数值模拟和实验验证,找到合适的叶片形状和角度,以达到减小振动的效果。
其次,通过优化叶片的质量分布,可以减轻螺旋桨的不平衡现象,降低振动水平。
可以通过在叶片上添加适当的减重材料,或者在生产过程中对叶片进行精密加工,以实现叶片质量分布的均匀化。
第三,提高螺旋桨的结构和连接部件的刚度和强度,可以减小振动问题。
可采用更高强度的材料来制造螺旋桨的叶片和连接部件,或者通过加固连接部件的方式来提高整个系统的刚度。
这样可以有效地减少振动的发生。
结论:螺旋桨系统的振动特性研究和优化对于提高系统的性能和稳定性至关重要。
船舶噪声与振动控制

船舶噪声与振动控制船舶噪声与振动控制是船舶设计和运行中非常重要的方面。
船舶在海上航行时,会受到各种因素的影响,产生噪声和振动。
这些噪声和振动不仅对船舶的运行效率和安全性产生影响,还会对船员和乘客的舒适度产生影响。
因此,对船舶噪声与振动进行控制是非常必要的。
船舶噪声的来源船舶噪声的来源主要有两个方面,一是船舶的机械设备,二是船舶的流体动力学特性。
机械设备船舶的机械设备包括主机、辅机、发电机、泵等,这些设备在运行过程中会产生噪声。
噪声的主要原因是设备中的零件在运动过程中产生的碰撞、摩擦和振动。
此外,设备的冷却系统、排气系统等也会产生噪声。
流体动力学特性船舶在海上航行时,会受到海水的冲击,产生流体动力学噪声。
这种噪声主要是由于船舶的船体、螺旋桨、舵等部件与海水相互作用产生的。
流体动力学噪声的频率范围较广,可以从几十赫兹到几千赫兹不等。
船舶振动的来源船舶振动的来源主要有两个方面,一是船舶的机械设备,二是船舶的流体动力学特性。
机械设备船舶的机械设备在运行过程中会产生振动。
振动的主要原因是设备中的零件在运动过程中产生的碰撞、摩擦和振动。
此外,设备的冷却系统、排气系统等也会产生振动。
流体动力学特性船舶在海上航行时,会受到海水的冲击,产生流体动力学振动。
这种振动主要是由于船舶的船体、螺旋桨、舵等部件与海水相互作用产生的。
流体动力学振动的频率范围较广,可以从几十赫兹到几千赫兹不等。
船舶噪声与振动的控制方法船舶噪声与振动的控制方法主要有以下几种:隔振降噪隔振降噪是通过隔离船舶机械设备和船体之间的振动传递,降低船舶噪声的方法。
常用的隔振降噪材料有橡胶隔振器、空气隔振器等。
吸声降噪吸声降噪是通过吸收船舶噪声的能量,降低噪声的方法。
常用的吸声材料有吸声泡沫、吸声板等。
隔声降噪隔声降噪是通过隔绝船舶噪声的传播路径,降低噪声的方法。
常用的隔声材料有隔声板、隔声窗等。
减振设计减振设计是通过优化船舶机械设备的设计,减少振动产生的方法。
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当不同激励力间不存在固定相位差时,其振动响应及 后续的声压也不具有固定的相位差,因此,多激励引 起的辐射声场也不存在稳定的干涉作用,从而适合使 用能量叠加方法计算由两方向振动引起的总辐射声压 级。在本文中,由于考虑了因质量中心偏离刚度中心 引起的纵向与垂向弯曲振动的耦合作用,所以单独纵 向激励将引起垂向弯曲振动,反之亦然。由同一激励 力引起的纵向振动和垂向弯曲振动存在确定相位差关 系,因此,由此两振动分量引起的辐射声场也将存在 稳定的相位差关系,从而应使用场点声压复幅值相加 的方法叠加此两振动分量引起的辐射声。同时,由不 同激励力引起的船体振动辐射噪声仍能使用能量叠加 法计算辐射声压级。
并将梁单位元内部的横向位移和转角位移 表达成梁单元节点的二次多项式关系,将纵 向位移表示成节点位移的线性关系,从而可 以得到任意节点位移下的梁单元应变势能和 动能,进而得到梁单元的刚度和质量矩阵。
以垂向弯曲与纵向振动耦合为例,梁的单元应变 势能与动能可分别表示为;
u x 1 L ( x) 1 e 2 U 0 [ EJ ( ) GF s ( x) EA ]dx u 2 x 2 x
艇体低频振动辐射声计算方法
对于潜艇螺旋桨、轴系及艇体耦合振动系统建立上图所示的数学物理模型,该模型包括 两大部分;船体梁模型和轴系子系统,支撑轴承和推力轴承作为轴系结构的约束条件划归 为轴系子系统。由于艉流作用在螺旋桨上的合力具有低频特性,而在低频0~f(f为舱段周向 的首阶共振频率)范围内,采用艇体梁模型描述艇体振动便可得满足工程要求的解。 在艇体梁模型中,船体结构被当做截面不发生变形的变截面梁结构。由于实际船体在各 截面处的弯曲刚度中心与质心不重合,因此,垂直面内的弯曲振动与纵向振动耦合,而水 平面内的弯曲振动与扭转振动耦合,而从,需对这两组无法解耦的振动进行同时解耦。
当船体做纵向振动时,纵向运动经泊松 效应引起截面产生体积变化,截面变化部 位(含艏、艉端部分)的纵向运动也将产生局 部的体积变化,见下图所示其中a(x)为 各截面处的艇体平均半径,阴影面积部分 表示艇体纵向振动引起的局部体积变化。
因此,可用单极子模型计算因船体纵向振动引 起的水下辐射声压级,三部分体积变化产生的辐 射噪声总和为;
2 2
Ku
T e
1 L 1 e 2 2 T 0 [mv )( x) r J x ml uc ( x)] u 2 2
M u
T e
由上两式并根据矩阵知识转变可得梁单位元作用于垂向 弯曲与纵向耦合振动时的刚度矩阵和质量矩阵。
在低频段,连接轴系结构与艇体之间的轴承装置可 以使用等效的阻尼弹簧模拟。对于径向支撑轴承,考 虑横向刚度,在轴系与艇体间起弯曲振动的耦合作用; 主推力轴承同时具有横向刚度和纵向刚度,其在轴系 与船体间起到弯曲振动及纵向振动耦合作用。 将船艏到艉将船体梁单元和轴系梁单元的节点逐一 编号,并将船体梁单元和轴系梁单元的刚度、质量矩 阵填入对应自由度,从而组装形成总刚度阵和总质量 阵,针对分析频率计算得广义刚度矩阵得式;
一,引言 二, 艇体 五,讨论 六,结论
引言
潜艇螺旋桨工作于非均匀艉流场中,除了提供 动力外还产生不定常激励力作用到船艇结构上, 是引起艇体振动的一个重要激励源。螺旋桨通过 轴系激励艇体振动引起辐射噪声是潜艇水下航行 辐射噪声的重要组成部分,国外很早就在这方面 研究了并建立了计算方法和控制措施。 本文针对螺旋桨低频宽带力谱的频率特性,在 艇体梁模型基础上建立了简化的适合工程设计应 用的螺旋桨非定常力经轴系激励艇体振动辐射噪 声计算方法,在满足工程计算精度的条件下,极 大的简化了辐射噪声计算方法。
梁单位的实际横向位移可以表示为
c ( x) ( x) e ( x)
{u } {u1 , 1 , 1 , u2 , 2 , 2 },{u } {1 , 1 , 1 , 2 , 2 , 2 }
e e
应用结构有限元理论,分别将船体梁垂向 弯曲和纵向耦合振动、水平弯曲和扭转耦合 的振动的单元位移向量记为
02 j (t kr ) L du( x) dS ( x) jkx cos pl e {0 [2vr S ( x) u( x) ]e dx S (0)u(0) S (L0 )u(L0 )e jkL cos } 4 r dx dx
e 0
式中,S,u分别为梁单元的横截面积和纵向弯曲 横向位移,0为声场点与艇轴线的夹角,纵向振动 产生声压与声场点在艇体横截面上的方位角无关。
在推导艇体体梁的刚度矩阵和质量矩阵时,把参考坐 标系的原点建立在刚度中心,因此梁单元做垂向弯曲运 动时,梁的单位截面的转角位移将产生明显的纵向位移, 如上图。由于截面转角位移引起的纵向位移是微幅运动, 所以引起的横向位移可以忽略,只考虑纵向位移。 于是梁单位的实际纵向位移可以表示为
uc ( x) u ( x) e ( x)
2 K K G M
再将用于描述各轴承动力性能的阻抗参数换算到等 效刚度并分别叠加到广义刚度矩阵中,即可得到描述
螺旋桨、轴系系统和船体耦合振动的结构有限 元刚度矩阵。再考虑流场作用在螺旋桨上的激 励力,从而得到了包括螺旋桨、轴系系统和船 体结构在内的全系统振动方程; K G u F 完成方程组求解后即可得到螺旋桨、轴系与船 舶结构耦合振动的位移解。
艇体梁模型的辐射声计算方法
针对推进器、轴系及艇体耦合振动具有低频特性,此 频率段内的声波波长远大于船体截面的尺度,因此, 无论是弯曲振动还是纵向振动,艇体梁单元的声辐射 都满足致密条件,因而可以使用声极子模型计算各艇 体截面振动引起的辐射声压。
船体水下振动声辐射在辐射机理上可以分解为两部分, 并分别使用不同声辐射模型计算。船体弯曲振动引起 船体段元在水介质中横向平动且不产生船体截面变化, 因此可用偶极模型计算各梁单元的引起辐射声压。声 压公式为; j 0 S ( x)( x) j (t kr ) dpb (r, , ) e sin cos dx 2 r