基于结构声强法的某游览船振动能量流向分析

时间：2020-11-10 10:02:32　来源：达达文档网本文已影响人

吴梓峰

摘要：为研究结构声强技术在船舶振动分析中的应用，以一艘航行于珠江水系的双体游览船作为研究对象。首先基于结构声强理论，通过编写结构声强计算模块对该游览船进行结构声强分析及其可视化;然后分析振动能量在船体结构中的主要流动路径和耗散方式;最后与实船舱室噪声测试结果作比较，为该类船舶减振降噪问题的研究提供参考。

关键词：结构声强;振动;流向;游览船

中图分类号：U674.11 文献标识码：A

Abstract：
This paper introduces the application of the structural intensity technology in vibration analysis of a traveling cruiser sailing in the Pearl River system. Firstly， based on the structural intensity theory， the structural intensity calculation and visualization of the cruiser are carried out by the calculation module. Then the main flow paths and the dissipation mechanism of vibration energy in hull structure are analyzed. Finally， the calculation results are compared with those of real ship cabin noise test， which can provide reference for the research on vibration and noise reduction of this kind of ship.

Key words：
Structural intensity; Vibration; Flow direction; Traveling cruiser

1 前言

考虑到游览船的耐久性以及旅客对舒适游览环境的要求，关于船舶振动控制的标准越来越严格。目前研究船舶振动问题的主要手段包括：船体梁固有频率分析和总振动响应计算;上层建筑固有频率分析和船体-尾部-上层建筑耦合振动计算;局部结构振动分析等。然而在实际的工程应用中，仍难以据此有效和合理地修改结构设计以减少船舶振动带来的问题。

结构声强法同时考虑结构的振动响应和激励引起的结构内力，可给出激励源的位置信息，揭示振动能量在复杂结构中的流向特性和耗散方式。目前，运用结构声强法研究薄板和加筋板的振动特性已有不少：李凯[2]利用功率流理论研究加筋板振动能量的传输、分布和耗散特性;梁日兴[3]基于结构声强法研究了平板、加筋板及箱体结构等的振动特性;Xu X，D[4]研究了不同加强筋布置对复合材料层板结构声强分布的影响;何鹏[5]研究了不同激励下机舱双层底的振动传递特性。从以上文献来看，学者们主要以简单的板架等结构作为研究对象，得出不少富有参考价值的研究成果，但关于结构声强法在全船结构振动分析中的应用却较少。本文提出一种适用于船体结构声强分析及可视化的数值模拟方法，可辨识振动能量从激发源到上部结构的主要流动路径和耗散方式，为船舶振动控制的研究提供新思路。

2 船体结构声强计算公式

对于船体结构的有限元分析，通常采用shell单元离散船壳外板、舱壁板、甲板板、上层建筑围壁和船体骨架的高腹板等;采用beam单元离散加强筋、扶强材、支柱和船体骨架的面板等。若要采用有限元的方法进行船体结构的结构声强分析，首先要建立起beam单元和shell单元的内力、弯矩、位移和转角等参数与一维梁和二维板壳的结构声强之间的函数关系。

3 基于PATRAN结果后处理的结构声强可视化

本文的研究思路是：首先在MSC/Patran中建立全船三维有限元模型，然后调用求解器MSC/Natran进行全船结构的频率响应分析，并输出所有beam单元和shell单元的内力、弯矩、位移、转角等数据（存储于filename.f06中）;其次，采用Matlab编写结构声强计算模块，读取和处理filename.f06中的数据，并输出为MSC/Patran后处理模块中可读的结构声强矢量结果文件（filename.els）;最后，在MSC/Patran的后处理模块中查看全船的结构声强矢量图、幅值图等，从而实现结构声强的可视化。基于Patran结果后处理的结构声强可视化流程圖，如图1所示。

在复杂的三维全船结构有限元模型中，诸如弯曲的船壳外板上的shell单元，不同单元之间的法向量是各不相同的，意味着每个单元自身的局部坐标系是完全不同的。而有限元求解器MSC/Natran输出的结果文件中，关于位移、转角、速度、角速度的信息是基于绝对坐标系的，且是以节点的形式输出的;关于轴力、剪力、弯矩、扭矩的信息是基于每个单元自身的局部坐标系的，且是以单元的形式输出的。因此，利用上述（1）、（2a）、（2b）公式计算单元的结构声强矢量之前，首先要将单元各节点的变形值均分到单元上，即转化为单元的变形值;其次，还需要将基于绝对坐标系下的单元变形值，转换为每个单元自身局部坐标系下的单元变形值。

4 某游览船的结构声强分析

基于结构声强法的某游览船振动能量流向分析

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