摘要：随着近几年来，我国船舶工程项目的深入和发展，人们对于船舶结构的振动噪声研究也更加深奥，本文将主要针对船舶结构的振动噪声展开分析，进而了解船舶噪声振动的处理方式，希望能够减少船舶噪声振动对人身体的伤害，保证船舶结构隔音装置的安全和性稳定性。
关键词：船舶结构；振动；噪声分析
前言：目前我国在船舶结构振动噪声分析这方面的研究项目开展的并不是很好，为此急需找到更加精确的来了能量解法控制方式，比如说Uzzato等人提出的耦合变量概念，虽然可以被应用在各种各样的噪声频率中，但是在噪声分析时，对于分析结果的准确性和分析的效率都还有待于进一步考证。
一、船舶结构振动分析
船舶结构在运行过程中，不可避免地会出现振动的情况，为了能够更好地了解船舶结构振动的来源，我们需要先从船舶的运行设备开始说起，众所周知，船舶运行结构振动噪声的来源，主要就是由于运行设备的运转振动所产生的，而船舶结构振动噪声，是一种很严重的结构污染，会让船舶中的船员身体感到非常地不舒服，使船员的精神状态变差，出现一定的焦虑、抑郁情绪，进而影响到船舶正常的航行作业。为此，国际上一些著名的航海机构都针对了船舶结构的振动噪声问题进行了规划和设计，尽可能去想办法减少噪声的污染。随着现代化船舶技术的不断发展，越来越多的船舶结构设计者把目光放在了对特殊器材的设计上面，同时还创设性地应用了声学设计要求展开了船舶结构振动设计，在改善船舶结构振动性能的基础上，获得更好的振动结构设计效果，减少不必要的船舶设计浪费。
二、船舶结构的振动噪声研究进展
从国外的研究进展中，我们可以了解到，振动噪声的声波振动可以随着船体的结构方向来进行传播，而且传播的过程可以会和噪声振动的频率有着非常密切的关系，在低频振动上，主要是用波动的方法来表示，通过船舶结构的噪声振动幅度和相位来进行表征。在高频振动中，主要指的是振动过程中的能量变化，也就是用振动的能量参数来进行表征，比如振动的能量密度和能量流。从船舶结构的振动噪声研究中发现，船舶振动属于噪声振动中的高频振动。
如果想要更好地了解船舶结构的振动噪声，并且能够对其进行有效的控制，那么就需要来深入了解振动能量在船舶结构中的具体分布和传播情况，Belov和Rybak在应用格林函数进行分析时，获得了无限大板的振动响应，从而将吸收系数更好地应用到了传递方程中，尽管这一方法并没有得到很好地落实，但是仍然为接下来的振动能量噪声分析带来了新的启示，Belov创设性地提出了纵波、横波和扭转波加强板能量的传导方程式，试着将传导方程系数都用传递、反射系数来表示，进而获得最佳阻尼值。而Nikiforov则提出了船舶板格结构的能量流，并假定加筋板中的能量分布都是均匀的，遵循能量守恒规律，存在一个二阶的偏微分方程，此时能量二维场内密度曲线是一个圆，如果某一方向上的结构强度较大，那么能量密度曲线将会缤纷一个椭圆，在有限元法的基础上创建偏微分方程。Sung和Nefske在有限均匀梁的基础上，创建了流量控制方程，随后lase和Jezequel都沿用了这种流量控制方程式[1]。
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三、船舶结构振动噪声分析的统计方法
（一）SEA法—统计能量分析法
在SEA船舶结构振动噪声分析法中，主要是将传统船舶振动结构再次整合成为一组线性的耦合系统，在耦合系统中，每一个具体的系统使用，都是通过主要能量流控制和发出的，可以是共振模态，也可以是声学模态，所谓SEA法—统计能量分析需要收集的是同类型的功能共享共振震荡器间的能量流，此时船舶结构的外部激励结构可以和其他系统耦合，散发出一定热量[2]。不同的SEA法可以应用在不同系统的线性心中，而且能量流主要存在于共振频率的振荡器中，这些振荡器并不会受到太多宽带激励的影响，说明宽带激励在能量统计分析中可以是独立存在着的，在某一特定宽带激励频道上，共振模态间的振荡器可以是等分流量的，所以说，不同子系统当中的流量值以及耦合振动时的能量值，都可以看作一种正比的关系，就是流量流和耦合模态下的能量值成正比。其中以单元自由度为研究对象时发现，此时的功率平衡方程是：
Pin1=ωη1E1+ωη12E1-ωη21E2
Pin2=ωη2E2+ωη12E2-ωη21E1
在平衡方程中，Pini是输入能量，ω为角频率，η为单元i中的内部损耗因子，而η是振动流量在单元i至单元j之间的耦合损耗因子，E是单元i与时间的能量均值，那么输入的能量和失去的能量又是相等的，所以将公式表达为Pd=cvx2=2ζωmx2=2ζωE=ωE/Q=ωEη，其中c为阻尼系数，ζ为阻尼系数和临界阻尼间的比值，Q是品质因子，设P(i=1,2)为单元输入量，可以进一步推算出N个振荡器在各级子系统当中的能量均值[3]。
（二）EFEA法—能量有限元法
关于EFEA—能量有限元法的应用，主要针对的是弹性介质所说的，并且可以将这种能量上的平衡表达为|αe/αt dV=|σ|αu/αt dA+|πin-πdiss dV
在公式中，e是振动结构之内的能量密度值，而σ是应力向量，u是位移向量，πin是输入向量，πdiss是能量密度。那么IdA=▽IdV，我们又可以将方程写成|αe/αt dV=（πin-πdiss-▽I）dV,说明在船舶结构状态比较稳定时，能量和时间之间的导数是0，再应用阻尼滞后模型，可以获得振动结构在周期内的能量消耗水平ediss=2πηe，所以耗散能量的均值为是πdiss=ediss/τ=ηωe。假设位能和动能的值大约相等，η<1，那么在垂直方向振动的有限薄板方程的运动公式为▽w-ph/Dω2(1-iη)w=0。其中w是有限薄板的垂直位移，而p是密度，h是厚度，η是阻尼系数，D是弯曲刚度，此时的远场方程为:
Wff=(Axeikxx+Bxe-ikxx)(Aye-ikyy+Byeikyy)eiwi，其中Kx和Ky是x方向以及y方向上的波数，通过船舶振动结构中动能和势能计算的方式，可以获得简化处理以后的能量密度方程，再选取权函数就可以获得离散方程。
结论：综上所述，相对来说EFEA法—能量有限元法在应用过程中比SEA法更有优越性，激励作用可以落在离散点上，能够更为真实地模拟出船舶结构的受力情况，从而消除过去船舶噪声振动中的不确定因素，通过计算机系统来展现出真实的数据结果，将计算所得解转变成空间向量。
参考文献：
[1]王晋鹏，常山，王鑫，刘更，刘岚，赵松涛，吴立言.计入基础结构导纳特性的船舶齿轮传动装置振动噪声分析方法研究[J].西北工业大学学报，2017，(01):90-97.
[2]王国治，朱金龙.基于PCL的船舶结构参数化建模及振动噪声评估[J].江苏科技大学学报(自然科学版)，2013，(01):14-17.
[3]李峰，徐芹亮，滕瑶，张菁.统计能量法在船舶噪声与振动控制中的应用[J].噪声与振动控制，2011，(06):152-155.
论文作者:范铭
论文发表刊物:《防护工程》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/22
标签：船舶论文; 噪声论文; 能量论文; 结构论文; 方程论文; 阻尼论文; 密度论文; 《防护工程》2017年第12期论文;