【編者按】RINA-意大利船級(jí)社在開發(fā)階段早期使用MSC Nastran幫助客戶對(duì)船體進(jìn)行減振降噪分析 ：

　　面臨的挑戰(zhàn)

　　和其他行業(yè)一樣吓懈，降低噪音水平逐漸成為一種趨勢(shì)開始影響造船工程師的設(shè)計(jì)過程西采，目的是為了確保船上所有乘員或工作人員區(qū)域的聲學(xué)舒適性罐呼。出于該原因鞠柄，船東要求造船廠建造最優(yōu)噪音級(jí)別的船舶确确。RINA-意大利船級(jí)社面臨的任務(wù)是找到一個(gè)能夠方便，準(zhǔn)確處理復(fù)雜大規(guī)模船舶聲學(xué)問題的解決方案烧论。 （參閱中國造船業(yè)融資環(huán)境惡化 ）

　　新出的法規(guī)根據(jù)四個(gè)不同的限值定義船體的聲學(xué)舒適度級(jí)別：A級(jí)為客輪面啄，B級(jí)為渡輪，C級(jí)為貨船旋挺，Y級(jí)為娛樂性游艇焊蕉。例如，在貨船的工作區(qū)域允許的噪音級(jí)別對(duì)應(yīng)是75分貝责爹，而游艇或客輪的旅客艙室是45分貝谊弯。

　　RINA(意大利船級(jí)社)是首批決定采納和應(yīng)用上述的聲學(xué)舒適性法規(guī)的船級(jí)社之一，已有約50艘船只和20艘娛樂性游艇入級(jí)RINA并符合上述聲學(xué)級(jí)別要求牧僻。

　　RINA的船體部技術(shù)工程師安杰洛托內(nèi)利解釋說霍鹿，“上述規(guī)定，必須對(duì)任何新船型的噪音水平作出詳細(xì)的聲級(jí)圖”臊整≌侠欤“如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新的船只不符合規(guī)格蛔琅，船廠將面臨重新建造或修改結(jié)構(gòu)的過高成本支出胎许，船廠至少要被迫重建其中一個(gè)或多個(gè)艙室，通過增加阻尼材料罗售，浮筏隔振或吸音板辜窑，從而提高船體的隔聲水平，以滿足噪音級(jí)別要求寨躁。在客輪和游艇上穆碎，客艙內(nèi)高噪音是完全不能接受的，因?yàn)橐粋€(gè)“嘈雜”的艙室會(huì)導(dǎo)致乘客對(duì)該航線的客輪品牌留下負(fù)面印象朽缎。所以船廠因?yàn)榻ㄔ斓拇徊环显肼曇?guī)范惨远，就必須支付罰款，這是相當(dāng)糟糕的情況话肖。”

　　由于這些因素葡幸，很顯然最筒，在船體的研發(fā)設(shè)計(jì)階段，盡可能早的確保船艙的最大噪音水平低于法規(guī)要求蔚叨，對(duì)于造船廠來說是至關(guān)重要的床蜘。為了這個(gè)目的，依靠先進(jìn)的仿真技術(shù)议猛，借助船只的有限元模型預(yù)測(cè)出相應(yīng)的噪聲水平玛呐，是非常有意義的朗猖。

　　
　　RINA S.P.A.提供的一個(gè)典型應(yīng)用的例子就是采用這種方法，該案例來自于Rimorchiatori Riuniti di Genova船廠對(duì)深海拖船（艙室）甲板噪聲的具體研發(fā)冻咆。在驗(yàn)船過程中殿膏，船廠決定要求RINA提供額外服務(wù)-評(píng)估拖船甲板上的振動(dòng)和噪聲水平，目的是要使設(shè)計(jì)的船只符合意大利新調(diào)整的有關(guān)乘員區(qū)域中的振動(dòng)和噪音的監(jiān)管要求炮家。

　　“即使作為拖船在舒適法規(guī)通常不適用（因?yàn)檫@些法規(guī)是為超過200英尺長的貨船而制定的）的情況下尘箫，我們?nèi)匀粵Q定接下該項(xiàng)目評(píng)估這種特殊船只的噪音水平，旨在確保該造船廠為最終用戶建造一個(gè)高品質(zhì)的產(chǎn)品媚瘫∏河” 在談到該項(xiàng)目的具體要求時(shí)托內(nèi)利說， “由于船的尺度小逢痕，事實(shí)上管道和發(fā)動(dòng)機(jī)所在的位置和工作人員的活動(dòng)區(qū)域非常接近嘲谚，我們知道該船潛在的問題和貨船的振動(dòng)噪聲問題有著相似的特點(diǎn)∏恚” 特定情況下檐春，船廠主要關(guān)注的問題是，發(fā)動(dòng)機(jī)通氣管（見圖片2）已被放置在甲板旁邊么伯，實(shí)際上它通過了工作人員艙室的所在區(qū)域疟暖。由于排氣系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)是在船上振動(dòng)的主要來源，所以最終這樣的布置可能會(huì)導(dǎo)致該船只在某些區(qū)域會(huì)出現(xiàn)高噪音水平田柔。

　
　　解決方案

　　RINA首選MSC.Software公司的MSC Nastran作為解決方案俐巴。 MSC Nastran作為集下一代的設(shè)計(jì)和開發(fā)于一體的全面的CAE分析工具，該綜合系統(tǒng)提供了真正的多學(xué)科仿真手段硬爆。 MSC Nastran是為那些需要進(jìn)行復(fù)雜的交互式和多學(xué)科模型分析的人員而設(shè)計(jì)的欣舵，MSC Nastran的功能旨在提高效率和簡化流程。

　　例如缀磕，振動(dòng)噪聲分析歷來被處理成兩個(gè)分開的步驟缘圈，但是MSC Nastran提供了一個(gè)綜合高效的解決方案，在一個(gè)單一的軟件包里包含了結(jié)構(gòu)和聲學(xué)模擬能力袜蚕，摒棄了需要多個(gè)代碼的方法糟把。

　　由于船舶模型的規(guī)模較大， 聲源（螺旋槳和發(fā)動(dòng)機(jī)）的位置通常遠(yuǎn)離艙室消弧，所以聲學(xué)仿真在船舶行業(yè)通常首先使用SEA（統(tǒng)計(jì)能量分析）的方法堡雁。

　
　　SEA仿真該拖船預(yù)測(cè)出甲板上的聲壓（它代表了船上船員大部分時(shí)間活動(dòng)的區(qū)域）低于65分貝，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明峰值高達(dá)69分貝室域，該數(shù)值低于法規(guī)所強(qiáng)制要求的數(shù)值柑晒，但明顯比客戶要求的限制值要高锄弱。

　　“SEA模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量（見圖片）怎体，提供了聲波的低頻噪聲頻譜的組成部分，所以我們決定用MSC Nastran進(jìn)行仿真模擬补蛋，目的是為了驗(yàn)證基于有限元方法是否可以在噪聲的傳遞路徑上提供更多的信息∫卑停”托內(nèi)利說为毛，“SEA的方法，通常用于分析大型船只相關(guān)的聲學(xué)模擬秋鹅，事實(shí)上僅提供在不同的聲腔的噪音平均值（忽略了遠(yuǎn)離平均值的可能存在的峰值）赤巢，而且并不作詳細(xì)的聲振模擬（特別是涉及到低頻的值）。此外析崎，用來表征材料的聲學(xué)特性的數(shù)據(jù)其一致性很難保證仁热，所以這也是導(dǎo)致最終結(jié)果的可靠性不確定的重要原因。在這樣特殊的情況下勾哩，一個(gè)相對(duì)較小的模型抗蠢，用有限元網(wǎng)格進(jìn)行聲振預(yù)測(cè)是絕對(duì)有可能的，因?yàn)樵撃Ｐ停s50萬自由度）用以分析頻率到150赫茲范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的激勵(lì)頻率的聲振問題思劳。另外迅矛，事實(shí)上艙室正好建在發(fā)動(dòng)機(jī)上，所以需要詳細(xì)研究船員活動(dòng)區(qū)域的噪聲分布潜叛，以準(zhǔn)確地判斷結(jié)構(gòu)噪聲的傳播路徑秽褒，并了解清楚主要的貢獻(xiàn)是來自玻璃板還是結(jié)構(gòu)墻⊥担”

　　有限元分析使用的是一個(gè)聲振耦合模型销斟，其中包括結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和聲腔網(wǎng)格。由于分析的目的決定了該分析必須包括上下甲板和聲腔模型椒舵。 MSC Nastran的結(jié)構(gòu)包蚂踊，用于生成聲腔模型，它可以從結(jié)構(gòu)有限元模型開始識(shí)別聲腔笔宿，消除細(xì)節(jié)應(yīng)用不相關(guān)的聲腔犁钟，并通過完全自動(dòng)化的過程產(chǎn)生聲學(xué)模型，該模型自動(dòng)和結(jié)構(gòu)模型耦合徙掠，最終創(chuàng)建出一個(gè)完整的聲振耦合模型恃葫。

　　要獲得耦合模型的共振相關(guān)信息，聲振傳遞函數(shù)對(duì)應(yīng)下面的輸入和輸出計(jì)算：

　　?輸入：附著在甲板上對(duì)應(yīng)排氣系統(tǒng)兩點(diǎn)的同相和異相速度運(yùn)

　　?輸出：甲板上定位在不同高度的垂直對(duì)稱軸上的測(cè)量點(diǎn)和甲板邊緣及中間的測(cè)量點(diǎn)

　　好處

　　使用MSC Nastran眼栽，使得RINA用一個(gè)單一的軟件包能夠解決內(nèi)外聲學(xué)問題俱菜，并獲得更快，更準(zhǔn)確贸渐，高效的仿真解決方案。 MSC Nastran提供一致的模擬信息忧龙，包括相關(guān)的耦合模型的模態(tài)振型当盘，仿真系統(tǒng)的共振接窍，以及在結(jié)構(gòu)選擇點(diǎn)的聲壓，在整體噪聲分布上提供額外的細(xì)節(jié)上的仿真結(jié)果驮肄。

　　
　　“該計(jì)算結(jié)果提供了有價(jià)值的信息川霞，這有助于我們確定修改措施，以達(dá)到減少甲板上的噪音水平的目的悬朱。作為案例勇垛，上面顯示的結(jié)果證實(shí)，通過仿真分析確定的共振頻率和通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量觀察到的頻率振型相互匹配士鸥∠泄拢”托內(nèi)利說，“此外烤礁，通過流體/結(jié)構(gòu)耦合模型的分析讼积，就可以了解共振是否是由于上下甲板沒有連接到結(jié)構(gòu)上的開口（樓梯，該結(jié)構(gòu)可以考慮為聲腔的邊界定義為聲反射面）引起的脚仔，還是是由于甲板結(jié)構(gòu)的自然模態(tài)造成的勤众。”

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