[发明专利]船舶全频段舱室噪声预报及声学优化设计方法

权利要求书

1.一种船舶全频段舱室噪声预报及声学优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、将频响分析设为1/3倍频程频率，计算频带频率范围为20-8000Hz；

步骤S2、根据船体结构及声腔的几何和物理属性计算船体结构及声腔的特征数，基于特征数大小对步骤S1的计算频带进行低频区、中频区和高频区的划分；

步骤S3、根据步骤S2划分的不同频率区间以及船体结构及声腔结构特点，分别建立船舶低频区、中频区和高频区舱室噪声预报模型；

步骤S4、获得主要动力设备的结构噪声和空气噪声作为船舶舱室噪声预报模型的输入激励源；

步骤S5、得到船体结构及声腔内损耗因子，设置船舶舱室噪声预报模型内损耗因子参数；

步骤S6、分别利用有限元法、有限元-统计能量混合法及统计能量法进行船舶低频区、中频区及高频区的船体振动及舱室噪声预报；其中，

-低频区舱室噪声预报首先求解出舱室噪声预报模型中结构子系统的结构模态及声腔子系统的声模态，然后利用声学有限元法进行船舶声振耦合计算；

-中频区舱室噪声预报首先求解出舱室噪声预报模型中结构子系统的结构模态，然后利用有限元-统计能量混合法求解船舶声振响应；

-高频区舱室噪声预报直接采用统计能量法进行船舶声振耦合计算；

步骤S7、根据步骤S6得到的船舶船体振动及舱室噪声预报结果，对船舶舱室中的高频噪声进行吸声降噪研究及声学优化设计。

2.根据权利要求1所述的船舶全频段舱室噪声预报及声学优化设计方法，其特征在于，步骤S2，包括如下步骤：

步骤S21、根据船体结构及声腔的几何和物理属性，计算船体及声腔子系统模态密度、模态重叠因子、内损耗因子及弯曲波波长四个物理参数；

步骤S22、将步骤S21中得到的四个物理参数代入到特征数表达式中，计算船舶各子系统的特征数Δ；

式中，M_e为结构模态重叠因子，n(ω)为频域结构模态密度，η为结构内损耗因子，λ为结构弯曲波波长，单位为m；

步骤S23、根据船舶各子系统特征数Δ的大小，将计算频带划分为低频区、中频区和高频区。

3.根据权利要求1所述的船舶全频段舱室噪声预报及声学优化设计方法，其特征在于，步骤S3，包括如下步骤：

步骤S31、低频区船体结构及声腔带宽内特征数小于1，建立为有限元子系统；

步骤S32、在中频区，对模态密集的船体结构以及声腔建立为统计能量子系统，对于特征数小于1的船体结构以及声腔建立为有限元子系统；统计能量子系统与有限元子系统通过混合连接实现耦合；

步骤S33、船体结构及声腔在高频区子系统间特征数大于5，建立为统计能量子系统；

步骤S34、建立半无限流体子系统以模拟船体周围附涟水作用。

4.根据权利要求1所述的船舶全频段舱室噪声预报及声学优化设计方法，其特征在于，步骤S4，包括如下步骤：

步骤S41、将噪声超过60dB的设备定为噪声源；

步骤S42、通过实船测试或经验公式，估算噪声源设备的结构噪声和空气噪声；

其中，结构噪声以加速度级的形式表示，空气噪声以声功率级的形式表示；

步骤S43、将噪声源设备的结构噪声施加在设备所在的板壳类结构子系统上，将空气噪声施加在设备所在的声腔子系统上。

5.根据权利要求1所述的船舶全频段舱室噪声预报及声学优化设计方法，其特征在于，步骤S5，包括如下步骤：

-船体结构钢板内损耗因子通过实船试验或经验公式估算得到，其中经验公式η_s为：

η_s＝0.41f^-0.7

-声腔内损耗因子由经验公式估算得到，其中经验公式η_c为：

式中：T_R为声腔混响时间；f为分析频带中心频率；为声腔平均吸声系数；m为声强在声腔介质中的衰减系数；V为声腔子系统体积；S为声腔内表面吸声面积。