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《航天測量船艙室中低頻噪聲數(shù)值預(yù)報》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、航天測量船艙室中低頻噪聲數(shù)值預(yù)報劉曉明王曉宇(中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院)摘要：本文介紹了封閉聲腔結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)流固耦合聲學(xué)有限元數(shù)值計算方法和計算流程，并用該方法進行封閉區(qū)域內(nèi)聲學(xué)特性分析，應(yīng)用于船舶艙室噪聲數(shù)值預(yù)報。計算考慮了船舶動力激勵源引起的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)噪聲、空調(diào)風(fēng)口噪聲源引起的空氣噪聲，艙室周圍采用復(fù)合吸聲材料。關(guān)鍵詞：流固耦合噪聲聲源聲學(xué)有限元1概述航天測量船裝有先進的航海、氣象、船舶動力、無線電測量控制、船姿船位、衛(wèi)星通信等設(shè)備，以及數(shù)據(jù)處理和指揮顯示系統(tǒng)，主要擔(dān)負衛(wèi)星、飛船等各類航天飛行器的海上跟蹤測量、監(jiān)視控制和通信等任務(wù)。測量
2、船指揮中心艙室，是運行目標跟蹤測量軌跡和參數(shù)顯示、實時決策和運行指令發(fā)送中心，是目標監(jiān)控指揮場所，為保證儀器設(shè)備穩(wěn)定運行，降低干擾，艙室對振動噪聲指標有嚴格要求。本文介紹了封閉聲腔結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)流固耦合聲學(xué)有限元數(shù)值計算理論、方法和流程，通過建立指揮中心艙室集成結(jié)構(gòu)模型和封閉聲腔模型，考慮船舶激勵動載荷和艙室內(nèi)空氣噪聲源，應(yīng)用MSC／NASTRAN中流固耦合聲學(xué)計算程序，采用完全流固耦合有限元方法，進行振動和噪聲分析，合成由結(jié)構(gòu)振動噪聲和空氣噪聲源產(chǎn)生噪聲，綜合評估艙室噪聲指標。計算結(jié)果與實船試驗航行測量數(shù)據(jù)進行比較，具有較好的一致性。2流固耦合聲
3、學(xué)計算方法2．1流固耦合基本方程LlJ由基于流體微小運動和流體非黏性的歐拉方程，分別對結(jié)構(gòu)和流體離散化，可以得到用矩陣形式表示的流體波動方程：[吩】泐+吁】劬一【∥】札)=o(1)式中：【吩】2易{Ⅳ廠}【Ⅳ，F(xiàn)y為流體質(zhì)量矩陣，其中∥=c2p廠為流體壓縮率，c為流體的聲速，p，為流體介質(zhì)密度，{以)為流體壓力形狀函數(shù)矢量，【^r，】為流體壓力形狀函數(shù)矩陣，V為整個流體體積；[Kf】2l：!古{審Ⅳ／}[VNf】∥為流體剛度矩陣；．143．【么r】=l{N／}[Ⅳs】嬲為流體截面上的耦合矩陣，[Ns】為固體結(jié)構(gòu)形狀函數(shù)矩陣，S為流體和固體結(jié)構(gòu)'
4、的交界面；{拼為節(jié)點壓力矢量，缸，)為邊界上節(jié)點加速度矢量。波動連續(xù)方程(1)式考慮聲源載荷和聲阻抗時，可以寫為：【M，】{p}+[曰，]{p}+【Kf】{p>一[彳2】{z，，>={只>(2)式中：陋，】是流體聲阻抗矩陣，{Ps)是流體聲源載荷矢量，其余同式(1)?？紤]聲壓在流體與結(jié)構(gòu)的交界面上，聲壓對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生面作用力，同樣結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程可以寫為：[Ms]{甜，}+[Bs】{材，)+[Ks】{甜。)={只)一[么】{p}(3)式中：[必】是結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣，[召s】是結(jié)構(gòu)阻尼矩陣，[Ks】是結(jié)構(gòu)剛度矩陣，{只}為結(jié)構(gòu)上作用壓力矢量，其它同上。式(
5、2)和式(3)采用統(tǒng)一的矩陣形式表示，完全耦合的結(jié)構(gòu)流運動方程為：匕礎(chǔ)州臺Bm：JLpJl+降X俅iJLplJ=㈥㈤通過采用壓力方法來求解，類似于結(jié)構(gòu)分析中的位移方法，壓力取代了位移，求出流體節(jié)點壓力。而流體節(jié)點速度和加速度類似于結(jié)構(gòu)分析中的力。2．2吸聲材料聲波入射至多孔材料表面，大部分聲波將通過材料的筋絡(luò)或纖維傳至材料內(nèi)部，由于摩擦作用和空氣膨脹，使部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能散耗掉。船舶中多用穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。聲阻抗定義為：Z：竺(5)式中：△p材料兩面壓力差，U為穿過材料厚度方向氣流的線速度；材料吸聲系數(shù)為口：口：型蘭是竺!!．f(6)(ZR／pc
6、+1)2+(Z，／pc)。式中：ZR聲阻，Z胄聲抗，p空氣密度，C聲音在空氣中傳播速度。2．3聲源聲源考慮為無限空間中的球面波。在MSC／NASTRAN應(yīng)用中，復(fù)源強度定義為：Qe‘口‘=f歷．元矗了(7)；式中：廳為流體速度矢量，元為面S的法向矢量。類似在結(jié)構(gòu)中的Maxwell．Betti互逆定理，在恒定環(huán)境中較小的源和接受器位置互換，接受的信號相同n基于這個定理，復(fù)源強度以能量P(廠)表述，對于球面波是一個實數(shù)值，可寫為：．．144．．Q=擊嚴乒㈤式中：P(，)為聲功率，其它符號同上。2．4噪聲疊加在聲場中某點有兩個聲源共同作用，設(shè)各聲源單
7、獨產(chǎn)生的聲壓分別為pl和歹2，則總聲壓如式(9)所示，若聲壓頻率和相位相同，疊加后該點聲壓為單個聲壓的2倍。多=A+廡(9)大多數(shù)情況下噪聲都適用能量相加法則，由式(9)得到同一位置的同頻率和不同頻率聲壓合成總聲壓級分貝數(shù)公式為：工。_10lg(衛(wèi))2：lolg(曼lo等)(10)式中：L。為總聲壓級分貝數(shù)，三。．為第f個聲源聲‘l壓或者第f個頻率的聲壓，基準聲壓Po=20x10—6Pa。2．5艙室聲特性分析流程船舶噪聲是船舶性能的一個重要標志，噪聲分析就是用聲學(xué)原理，對不同噪聲激勵源進行傳遞方式、反射、衰減、合成進行研究，建立聲學(xué)模型，用合適
8、的聲學(xué)計算方法和理論，進行噪聲預(yù)報。分析過程是，根據(jù)艙室位置和特點，確定噪聲源類型和頻率，通過分析得出建立計算模型范圍和單元尺寸，建立流固耦合模型并分
