[发明专利]一种结构任意阻尼处理的船舶三维声弹性分析方法

说明书

本发明公开了一种结构任意阻尼处理的船舶三维声弹性分析方法，涉及声学技术领域，该方法包括：对具有初始阻尼敷设层的船舶结构的有限元模型进行模态分析，得到船舶结构各阶模态的模态阻尼比，将船舶结构各阶模态的模态阻尼比代入船舶结构的声弹耦合动力学方程得到船舶结构的复合结构动力学方程，利用船舶三维声弹性理论对船舶的复合结构动力学方程进行振动噪声分析，并提供以结构声辐射为优化目标的船舶结构阻尼敷设优化设计方案；本发明实现对敷设阻尼的船舶结构的直接振动噪声分析，可广泛用于船舶振动噪声计算时阻尼结构的处理，同时可为船舶阻尼敷设设计提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及声学技术领域，尤其是一种结构任意阻尼处理的船舶三维声弹性分析方法。

背景技术

水下辐射噪声是船舶最重要的性能指标之一，船舶的水下辐射噪声主要分为三大类：结构噪声、螺旋桨噪声和流噪声。在结构噪声中，由船舶的动力装置运转引起的船舶结构振动，并由船体外壳向水下辐射的噪声是其最主要的来源之一，工程上为了降低船舶结构的振动和声辐射，经常在船体上敷设粘弹性阻尼材料形成阻尼层。

目前，对于考虑粘弹性阻尼的船舶结构的减振降噪工程中，大多仅停留在结构的模态及振动频响的分析上，很少直接对粘弹性阻尼结构声固耦合系统的振动-声学特性进行分析，目前船舶三维声弹性理论及计算方法虽然已经得到广泛应用，但如何准确体现粘弹性阻尼结构的动力学参数也仍然一直存在难度，当前的解决方案一般是基于工程经验对粘弹性结构的特征模态施加相应的模态阻尼比，这种方法仅可以针对少数几阶模态，而且精度很难保证，对于复杂结构往往很难模拟，另一方面当前的计算方法很难对阻尼层的敷设提供有效地建议，一般根据工程经验在振动较大的位置敷设阻尼层，但该位置是否与声辐射存在同样大的影响并未可知，目前的分析方法主观性较强、准确性较差。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种结构任意阻尼处理的船舶三维声弹性分析方法，该方法实现对敷设阻尼的船舶结构的直接振动噪声分析，并可以给出以结构声辐射为优化目标的船舶结构阻尼敷设优化设计方案，可广泛用于船舶振动噪声计算时阻尼结构的处理，同时可为船舶阻尼敷设设计提供技术支撑。

本发明的技术方案如下：

一种结构任意阻尼处理的船舶三维声弹性分析方法，包括如下步骤：

建立船舶结构的有限元模型，船舶结构具有初始阻尼敷设层，船舶结构包括N个结构单元，每个结构单元对应不同的阻尼敷设层，N为正整数；

对船舶结构进行模态分析得到各阶模态下每个结构单元的单元应变能；

根据各阶模态下每个结构单元的单元应变能以及每个结构单元对应的阻尼敷设层的阻尼系数计算得到船舶结构各阶模态的模态阻尼比；

将船舶结构各阶模态的模态阻尼比代入船舶结构的声弹耦合动力学方程，得到船舶结构的复合结构动力学方程；

通过求解船舶结构的复合结构动力学方程得到具有初始阻尼敷设层的船舶结构的振动响应及声辐射。

其进一步的技术方案为，根据各阶模态下每个结构单元的单元应变能以及每个结构单元对应的阻尼敷设层的阻尼系数计算得到船舶结构各阶模态的模态阻尼比，包括：

计算每阶模态下各个单元应变能的总和为模态的总应变能；

计算每个结构单元的单元应变能与结构单元对应的阻尼敷设层的阻尼系数的乘积得到结构单元的阻尼耗散能；

计算每阶模态下各个结构单元的阻尼耗散能的总和为模态的总阻尼耗散能；

计算每阶模态的总阻尼耗散能与总应变能的比值得到模态的模态阻尼比。

其进一步的技术方案为，该方法还包括：