[发明专利]船舶结构宽频线谱振动噪声快速预报方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶结构宽频线谱振动噪声快速预报方法，是一种基于波动理论提出的船舶结构宽频线谱振动噪声时域快速预报流程。

背景技术

现有船舶结构宽频振动预报流程多是基于模态叠加理论在频域内进行分析的，该类流程具有分析直观等优点。但目前该流程应用于船舶结构水下噪声预报仍存在如下不足：

(1)现有船舶结构噪声数值预报主要基于线性迭加原理得到，计算中忽略了诸多非线性因素的影响，如船舶结构水下振动及声辐射中的材料非线性、结构非线性、运动非线性等因素的影响；而该非线性影响可能对船舶结构噪声预报产生影响。

(2)由于现有船舶结构噪声数值预报将设备激励载荷变换为频谱载荷时忽略了设备激励载荷的相位信息，忽略了设备不同频率激励载荷的相互影响，故该方法无法考虑结构低频振动与高频振动的耦合效应；

(3)现有船舶结构噪声数值预报由于其主要基于模态叠加原理在频域内求解，故其计算规模通常较大，计算频带窄；且单次计算仅能得到模型单频点的声场分布，完成频段内结构声学的预报通常需进行多次分析，故其求解效率较为低下；并可能因计算步长选取不当而导致共振峰遗漏，出现所谓的“漏峰”现象，进而导致计算结果出现较大误差。

针对现有船舶结构噪声预报存在计算规模大、预报频带宽、无法计及船舶结构非线性、结构低频振动与高频波动耦合效应等问题，基于波动理论，提出船舶结构噪声时域预报的宽频线谱振动噪声快速预报流程，解决现有船舶结构噪声预报无法考虑船舶结构噪声非线性、结构低频振动与高频波动耦合效应等因素的影响，预报效率及精度低下等弊端，避免船舶结构噪声预报中的“漏峰”现象，旨在为船舶结构噪声预报提供分析手段和依据。

文献1“基于ANSYS的斜拉桥抖振时域实用分析方法”基于大型通用有限元软件ANSYS，本文提出了一种大跨度桥梁抖振时域实用分析方法。在该方法中，自激力是通过向有限元模型中添加气动刚度和气动阻尼单元的方式实现的。以深圳湾大桥为例，计算了该桥在不同风速和迎角下的抖振位移响应，与传统频域分析结果的比较表明了该方法的可行性，与本专利存在巨大差异。文献2“风力机塔架-叶片耦合模型风致响应时域分析”基于风力机塔架－叶片耦合模型，采用改进的叶素－动量理论模拟了考虑平稳风修正、叶片旋转效应和空间相干性的风力机气动载荷，并基于有限元方法对该耦合模型进行了动力特性分析和风致响应时域计算。基于目标响应时程探讨了风力机塔架－叶片耦合系统在随机风荷载作用下的动力响应特性，并与不考虑叶片影响的风力机塔架风致响应进行对比分析，与本专利差异巨大。文献3“船舶结构线谱振动噪声快速预报方法”基于波动理论，提出船舶结构振动噪声时域预报方法，对结构动力响应时域分析原理进行简单介绍，并进行数值验证。但文中并未对计算时间步长，时间间隔，计算时间的选取进行详细阐述，无法形成一种细节完善，系统完整的船舶结构宽频线谱振动噪声快速预报流程，与本专利存在较大差异。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种船舶结构宽频线谱振动噪声快速预报方法。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤一：建立船舶结构噪声截断预报模型；

步骤二：确定基座处设备的时域激励载荷；

步骤三：确定船舶结构噪声时域预报的时间步长Δt；

步骤四：确定船舶结构噪声时域预报的数据时间间隔Δt'；

步骤五：确定船舶结构噪声的域预报计算时间T_t；

步骤六：将舶结构噪声时域预报结果进行FFT变换，得到船舶结构频域预报结果，即宽频线谱振动响应。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.当已得到基座处设备的时域激励载荷，则时域分析时无需对载荷进行变换；

当已得到基座处设备的频域激励载荷，时域分析时需对该频域载荷进行FFT逆变换，将频域载荷转换为时域载荷。

2.步骤三中的时间步长满足：

式中：为有限元的最小尺寸，c_max为有限元介质的最大波速，α为估计经验系数，其数值大小为0～1。

3.步骤四中的样时间间隔Δt'满足：

式中：f_c是系统响应分析频率上限。

4.步骤五中的域预报计算时间T_t满足：

式中：Δf为域响应数据的频率分辨率。