大型導(dǎo)管架平臺聲振預(yù)報(bào)研究

焦自權(quán)，孫勇敢，馬 駿

(1.欽州學(xué)院 海洋學(xué)院，廣西 欽州535099；2.重慶交通大學(xué) 航海學(xué)院，重慶 400074；3.大連理工大學(xué) 船舶工程學(xué)院,遼寧 大連 116024)

0 引 言

海上石油平臺在正常運(yùn)營期間，平臺上各個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的振動(dòng)以及高分貝噪聲，不僅會(huì)引起海洋石油平臺上設(shè)備元件的共振和結(jié)構(gòu)應(yīng)力疲勞，還會(huì)對海上作業(yè)人員的身心健康帶來不利的影響。長期處于高噪聲環(huán)境下，不僅會(huì)導(dǎo)致噪聲性耳鳴或者耳聾，還會(huì)誘發(fā)消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等多方面的疾病，嚴(yán)重時(shí)會(huì)有生命危險(xiǎn)。同時(shí)也會(huì)影響到工作人員的心情，會(huì)對平臺的正常工作帶來安全隱患[1]。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者在海洋石油平臺設(shè)計(jì)階段和建造過程中一直把聲振力學(xué)環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)模擬作為一項(xiàng)重要的研究課題。2000年12月我國能源部開始實(shí)施的《海上固定平臺的安全規(guī)則》就規(guī)定了平臺各處噪聲限值，這意味著在海上平臺從設(shè)計(jì)時(shí)期就必須考察整個(gè)平臺的噪聲環(huán)境。然而在平臺的設(shè)計(jì)過程中，不可能進(jìn)行相關(guān)的現(xiàn)場實(shí)測試驗(yàn)，也就很難得到平臺噪聲數(shù)據(jù)，因此大多數(shù)情況下會(huì)使用聲學(xué)相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)值模擬來預(yù)測各區(qū)域的噪聲水平[2]。依據(jù)數(shù)值模擬的噪聲分析結(jié)果來進(jìn)一步優(yōu)化海洋平臺上的設(shè)備合理布局，進(jìn)而采取經(jīng)濟(jì)可行的減振降噪措施來滿足各區(qū)域噪聲標(biāo)準(zhǔn)的具體要求。

海洋石油平臺噪聲預(yù)報(bào)分析通常分為3個(gè)階段[3]：①總體設(shè)計(jì)階段：可以參照振動(dòng)噪聲水平和舒適性良好的類似平臺作為設(shè)計(jì)依據(jù)，也可以利用經(jīng)驗(yàn)公式法來作為參考；②詳細(xì)設(shè)計(jì)階段：根據(jù)總體設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)圖以及布置圖等，利用有限元、邊界元和統(tǒng)計(jì)能量法等相關(guān)聲學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)值仿真模擬分析，在此基礎(chǔ)上選擇噪聲與振動(dòng)控制方法來制定減振降噪處理意見，以此來修改平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；③海試測量檢驗(yàn)階段，不僅是對總體設(shè)計(jì)階段所采用的理論進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，而且也能對軟件進(jìn)行數(shù)值仿真模擬分析的結(jié)果進(jìn)行對比，為總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段提供重要參考依據(jù)的同時(shí)，還為以后的平臺設(shè)計(jì)提供理論及試驗(yàn)依據(jù)和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。因此海洋平臺噪聲的預(yù)報(bào)分析，有助于優(yōu)化海洋平臺結(jié)構(gòu)的聲學(xué)性能，既為海上工作人員提供一個(gè)舒適的工作環(huán)境，又對于以后的平臺噪聲設(shè)計(jì)都具有重要的指導(dǎo)意義。

1 海洋平臺噪聲分析方法及理論基礎(chǔ)

研究海洋平臺的振動(dòng)噪聲分析問題常常使用數(shù)值模擬方法或者是經(jīng)驗(yàn)近似方法，這些方法包括：統(tǒng)計(jì)能量法，能量有限元法，有限元/邊界元方法，經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測法等[4]。文中的研究方法主要是采用有限元/邊界元方法和統(tǒng)計(jì)能量法。

對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的聲學(xué)性能數(shù)值計(jì)算模擬，其實(shí)質(zhì)是在特定約束邊界條件下求解給定振動(dòng)及聲輻射的偏微分方程矩陣的解。對于此類方程矩陣的解法通常有兩類：數(shù)值分析法和解析分析法。數(shù)值法包括統(tǒng)計(jì)能量法、有限元/邊界元方法、無限元法、波動(dòng)法及雙漸進(jìn)展開法等。而解析分析法目前僅能求解比較簡單規(guī)則小型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在特殊激勵(lì)下(例如簡諧振動(dòng)源激勵(lì))的振動(dòng)聲學(xué)計(jì)算問題。因此，目前應(yīng)用最廣泛的還是數(shù)值分析法，而有限元/邊界元方法和統(tǒng)計(jì)能量分析方法也是其中很重要的一種分析計(jì)算方法。

1.1 有限元/邊界元方法

瞬態(tài)聲場的聲壓是由瞬態(tài)聲源激勵(lì)產(chǎn)生的，q(r,t)代表在瞬態(tài)聲場中的聲源激勵(lì)，p(r,t)代表在瞬態(tài)聲場中的聲壓，以上參數(shù)滿足經(jīng)典波動(dòng)方程：

(1)

聲源激勵(lì)可為簡諧激勵(lì)和非簡諧激勵(lì)，如果是簡諧激勵(lì)q(t)，則由此產(chǎn)生的瞬態(tài)聲場可以看作是穩(wěn)態(tài)聲場。此時(shí)上面瞬態(tài)聲場的波動(dòng)方程可以化簡為 Helmholtz 方程：

▽2p(r,ω)+k2p(r,ω)=q(r)

(2)

同理，在不考慮結(jié)構(gòu)與空氣的耦合效應(yīng)(耦合效應(yīng)影響極小),即不考慮流體介質(zhì)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的加載效應(yīng)，結(jié)構(gòu)在簡諧激勵(lì)力作用下的運(yùn)動(dòng)方程為:

(-ω2M+iωC+K)x=F

(3)

式中：x為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的位移；F為結(jié)構(gòu)所受到的簡諧激勵(lì)載荷；M為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量；K為結(jié)構(gòu)的剛度；C為系統(tǒng)比例阻尼。

海洋平臺這類大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的水聲學(xué)、結(jié)構(gòu)聲學(xué)以及聲輻射方面也往往引用Helmholtz方程。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)聲振環(huán)境下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)聲的聲壓同時(shí)也滿足以上兩個(gè)波動(dòng)方程[5]。

【Conclusion】 Adjust management methods and strengthen link management can improve the rate of screening and the recall and reduce the disability．

1.2 統(tǒng)計(jì)能量分析方法

統(tǒng)計(jì)能量方法主要是針對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的中高頻振動(dòng)噪聲分析，其基本理論依據(jù)是將繁雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分成若干個(gè)相互耦合的動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)，以此形成統(tǒng)計(jì)能量分析模型，將能量視為以波動(dòng)傳播方式下向結(jié)構(gòu)中傳遞，進(jìn)而得到各子系統(tǒng)的功率流平衡方程，將已知的輸入功率和內(nèi)損耗因子及耦合損耗因子輸入功率流平衡方程，就可以求解各動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)的能量矩陣，由此便可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)中各子系統(tǒng)的平均動(dòng)力響應(yīng)。

統(tǒng)計(jì)能量分析方法的功率流平衡方程(兩個(gè)耦合子系統(tǒng)方程)為：

(4)

式中：Pi為子系統(tǒng)的平均時(shí)間上能量輸入；ω為研究頻段的中心頻率；Ei為子系統(tǒng)的能量；ni和ηi分別為子系統(tǒng)的模態(tài)密度和阻尼損耗因子。

由式(4)可以看出，只要獲得以上參數(shù)，即可求出子系統(tǒng)的能量，進(jìn)而可以求出工程中所需要的聲學(xué)特性[6]。

然而統(tǒng)計(jì)能量方法理論也有一定的局限性，理論上對于模態(tài)數(shù)>5的高頻聲學(xué)問題具有較高的精度，而對于模態(tài)數(shù)<<5的中低頻聲學(xué)問題應(yīng)用統(tǒng)計(jì)能量方法還是不夠準(zhǔn)確。同時(shí)由于其采用的是數(shù)學(xué)理論中的統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，最終結(jié)果是提供子系統(tǒng)頻域單位上的空間平均值，并不能對子系統(tǒng)中某一確切位置做出計(jì)算響應(yīng)。雖然統(tǒng)計(jì)能量方法有一定的局限性和相應(yīng)的適用范圍，但它現(xiàn)在仍是目前解決復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)聲學(xué)特性尤其是高頻帶激勵(lì)響應(yīng)問題的有效方法。

2 海洋平臺噪聲預(yù)報(bào)流程及模型化

筆者的研究對象是大型導(dǎo)管架海洋平臺，對平臺進(jìn)行噪聲數(shù)值模擬。其目的是根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，研究平臺在設(shè)計(jì)階段的噪聲水平以滿足設(shè)計(jì)要求及規(guī)范。噪聲分析研究內(nèi)容涵蓋了平臺的各個(gè)區(qū)域，包括上層甲板，中層甲板，下層甲板等區(qū)域及各生活工作艙室。所使用的軟件是VA ONE，噪聲分析過程中運(yùn)用到的方法：有限單元方法(Finite Element Method)；邊界單元方法(Boundary Element Method)；統(tǒng)計(jì)能量分析法(Statistical Energy Method)。

參考船舶噪聲計(jì)算預(yù)報(bào)的一般流程，結(jié)合海洋平臺振動(dòng)噪聲的特點(diǎn)，提出如下的海洋平臺振動(dòng)噪聲預(yù)報(bào)流程。具體實(shí)施簡要過程如下：

1) 根據(jù)提供的結(jié)構(gòu)圖，運(yùn)用有限元建模軟件PATRAN來建立平臺各層甲板和艙室的幾何模型。

2) 將幾何模型導(dǎo)入VA ONE中，建立聲振有限元模型。

4) 建立統(tǒng)計(jì)能量模型，在各個(gè)聲源相應(yīng)處添加激勵(lì)，在緊貼各個(gè)艙室外板處建立與艙室長寬相同厚度為0.5 m聲腔，再在這些外部聲腔內(nèi)加上擴(kuò)散聲場，擴(kuò)散聲場中的聲壓譜為邊界元方法中空氣直達(dá)聲的計(jì)算結(jié)果。其中甲板上添加的激勵(lì)源等效于結(jié)構(gòu)聲傳播到艙室的聲源，而外部聲腔內(nèi)的擴(kuò)散聲場等效于空氣噪聲傳播到艙室的聲源。

在本次噪聲研究中，大部分聲源皆為開場聲源，小部分聲源在封閉艙室內(nèi)，以此來模擬計(jì)算開場噪聲云圖和封閉艙室噪聲。顯然，在VA ONE中單純應(yīng)用邊界元方法或統(tǒng)計(jì)能力分析方法都不能解決此問題。因此，對于開場噪聲云圖我們采用的是有限元方法和邊界元方法，而對于封閉艙室噪聲采用的是有限元方法，邊界元方法和統(tǒng)計(jì)能力分析方法來模擬計(jì)算。而數(shù)值模擬過程中影響噪聲分析的因素有很多，如平臺的結(jié)構(gòu)、噪聲源的數(shù)據(jù)及分布、隔音材料參數(shù)等。因此對此平臺進(jìn)行噪聲分析預(yù)報(bào)過程中，需要該平臺的結(jié)構(gòu)圖、總布置圖、舾裝圖及艙室設(shè)計(jì)圖等圖紙，除此之外還需要平臺上的振動(dòng)噪聲設(shè)備的聲學(xué)數(shù)據(jù)，如：主輔機(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)以及各種泵等設(shè)備的激振力與噪聲輻射頻譜。而已知這些參數(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要獲得主要噪聲設(shè)備的裝備圖，如：主機(jī)是否安裝隔音罩，是否有排氣系統(tǒng)，是否設(shè)置隔振設(shè)備；各個(gè)艙室的隔音吸聲材料以及防火材料等物理參數(shù)和聲學(xué)特性等，比如：隔音防火材料石棉的密度、流阻、孔隙度、彎曲度及熱力學(xué)性質(zhì)等。

根據(jù)提供的結(jié)構(gòu)圖，運(yùn)用有限元分析軟件PATRAN來建立海洋平臺各層甲板和艙室的模型。利用已有的結(jié)構(gòu)有限元模型，導(dǎo)入VA ONE 軟件，并建立相應(yīng)的艙室聲腔有限元/邊界元模型，加入相應(yīng)的振源、噪聲源和聲學(xué)邊界條件，即可完成低頻域振動(dòng)聲學(xué)模型的建立。計(jì)算中所采用的結(jié)構(gòu)參數(shù)： 船體材料密度為7 800 kg/m3，彈性模量為2.1×1011N/m2，泊松比為0.3，空氣吸聲系數(shù)選取默認(rèn)值。模型流體特性為空氣，見圖1。

圖1 海洋平臺有限元/邊界元模型Fig.1 Sea platform FEM/BEM model

建立海洋平臺聲學(xué)混合法模型，定義聲阻抗邊界條件和振動(dòng)噪聲源，聲振分析中采用倍頻程頻率。模型中甲板采用的是鋼板(加筋板)，進(jìn)而相繼添加板的阻尼損耗因子參數(shù)，板的拉伸，屈曲，剪切阻尼損耗因子參數(shù)等。艙室內(nèi)和封閉空間的聲腔內(nèi)流體為空氣，計(jì)算頻率為31.5～8 000 Hz。艙室內(nèi)和封閉空間內(nèi)的聲腔內(nèi)流體為空氣。艙室防火隔聲降噪設(shè)計(jì)中所用防火吸聲材料和隔聲材料都按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和等級防火標(biāo)準(zhǔn)來添加到模型當(dāng)中，見圖2。

圖2 海洋平臺統(tǒng)計(jì)能量分析子系統(tǒng)模型Fig.2 Statistical energy analysis subsystem model of sea platform

3 海洋平臺噪聲預(yù)報(bào)分析及優(yōu)化研究

3.1 海洋平臺開場區(qū)域預(yù)報(bào)結(jié)果及優(yōu)化分析

海洋平臺在正常工作時(shí)，開場甲板上有很多噪聲設(shè)備，比如：各類泵、電動(dòng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)以及各類閥門等，這些設(shè)備對開場甲板空間噪聲的貢獻(xiàn)主要是由其空氣聲所造成的，這些噪聲發(fā)生干涉、衍射及反射等現(xiàn)象，進(jìn)而形成一個(gè)高分貝聲場，從而對海上工作人員的身心健康帶來不利的影響。《海上固定平臺安全規(guī)則》對平臺各個(gè)艙室以及其他區(qū)域的噪聲水平都設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)限制，而平臺在設(shè)計(jì)階段，不可能進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測去得到相應(yīng)的噪聲數(shù)據(jù)，因此通常采取聲振數(shù)值模擬的方法來進(jìn)行預(yù)報(bào)分析。筆者運(yùn)用邊界元方法來研究計(jì)算出平臺的上甲板的噪聲分布云圖,見圖3。

圖3 平臺上甲板噪聲云圖Fig.3 Noise contour of deck at the platform

海洋平臺在正常工況下運(yùn)行時(shí)，上甲板上有很多復(fù)雜大型的噪聲源，而平臺開敞區(qū)域噪聲水平主要是受空氣噪聲影響為主，各個(gè)噪聲源發(fā)生干涉、反射和衍生等現(xiàn)象，進(jìn)而相互干擾疊加。根據(jù)以上模擬結(jié)果可以得出以下結(jié)論：上甲板在正常運(yùn)行下，噪聲源中CEP-X-A/B和CEP-X-C/D兩個(gè)設(shè)備對整個(gè)噪聲分布貢獻(xiàn)較大，超過90 dB，因此，對于噪聲貢獻(xiàn)較大的聲源(如CEP-X-A/B等)可采取適當(dāng)?shù)慕翟氪胧?安裝隔聲罩，消音器等)。并根據(jù)國際海事組織A.468(XII)的相關(guān)規(guī)則，應(yīng)在噪聲水平超過85 dB的區(qū)域豎立警示牌，且進(jìn)入此區(qū)域的工作人員應(yīng)配戴相應(yīng)的護(hù)耳裝置[7]，見圖4。

圖4 上甲板高噪聲區(qū)域示意Fig.4 High noise areas diagram of upper deck

3.2 海洋平臺生活工作艙室預(yù)報(bào)結(jié)果及優(yōu)化分析

噪聲控制中隔振降噪的方法有很多種，大體可以從3個(gè)方面來控制[8]：首先對聲源進(jìn)行控制，可以改進(jìn)聲源設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及提高設(shè)備的質(zhì)量來降低聲源設(shè)備的振動(dòng)和噪聲輻射，也可以對聲源設(shè)備進(jìn)行隔振減振(在設(shè)備基座上安裝隔振器或者是減振彈簧等)、隔聲吸聲(聲源設(shè)備安裝隔音罩或者是安裝消聲器等)措施，這是聲學(xué)中隔振降噪的最基本、最有效的措施；其次在傳播路徑上進(jìn)行控制，可以充分利用聲學(xué)的吸收、反射、干涉及衍射等現(xiàn)象設(shè)立隔聲屏障，也可以在聲振傳播結(jié)構(gòu)中設(shè)立隔振阻尼(在振動(dòng)較大的結(jié)構(gòu)中設(shè)立隔振高阻尼材料，使聲能在傳播過程中由于阻尼的作用大量消耗為熱能)、隔聲吸聲(在各個(gè)重要艙室設(shè)立隔聲吸聲材料)等措施；最后對于在海上平臺的工作人員來說，對于噪聲較大的特殊地方，比如機(jī)艙和發(fā)電機(jī)室，一方面在此區(qū)域要戴上護(hù)耳器或護(hù)耳罩等防護(hù)措施，另一方面也要盡量減少在此區(qū)域內(nèi)的暴露時(shí)間，并對此區(qū)域的工作人員要進(jìn)行定期聽力測試。

海洋平臺上居住工作艙室較多，只有個(gè)別居住艙室緊鄰高噪聲源設(shè)備(中央空調(diào)等)；另外，從控制空船重量的角度，生活樓區(qū)域90%以上的居住艙室間分別采用了隔音材料和防火材料，這進(jìn)一步降低了各艙室的噪聲水平。計(jì)算結(jié)果表明，各個(gè)艙室達(dá)到了合同規(guī)格書的要求，也達(dá)到了IMO及船級社入級噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)。表1簡要列舉了典型艙室噪聲計(jì)算結(jié)果與規(guī)范檢驗(yàn)對比情況。

表1 艙室噪聲水平計(jì)算結(jié)果對比

在此次海洋平臺艙室噪聲預(yù)報(bào)分析過程中，雖然艙室噪聲都達(dá)到了IMO規(guī)范和船級社入級規(guī)范的要求，但是個(gè)別艙室如B212房間(Recreation Room)很接近限制值?？紤]到數(shù)值模擬存在一定的誤差，建造過程中的漏洞，忽略海洋背景噪聲以及考慮噪聲源的疏漏等原因，為了達(dá)到設(shè)計(jì)階段的預(yù)期目標(biāo)，因此對此房間進(jìn)行隔音降噪處理。

決定統(tǒng)計(jì)能量分析方法計(jì)算精度的因素之一是每個(gè)子系統(tǒng)模態(tài)密度和單位帶寬Δf內(nèi)模態(tài)數(shù)N>5，因此在進(jìn)行計(jì)算前，必須首先計(jì)算出各子系統(tǒng)模態(tài)密度(圖5)，據(jù)此確定出滿足計(jì)算精度的下限頻率。

圖5 艙室子系統(tǒng)模態(tài)數(shù)Fig.5 Modes of cabin subsystems

由圖5可見，此艙室的聲腔子系統(tǒng)在31.5 Hz時(shí)所對應(yīng)的模態(tài)數(shù)>5,符合精度要求。此艙室噪聲總聲壓級水平為53 dB(A聲級)，見圖6。

圖6 艙室子系統(tǒng)噪聲水平Fig.6 Noise level of cabin subsystems

下面提供兩種隔振降噪方案。

方案1：根據(jù)隔振降噪原理，在傳播路徑上進(jìn)行控制降噪，筆者采取依據(jù)能量流動(dòng)圖(圖7)和能量輸入圖(圖8)兩種方法結(jié)合的方式來獲取能量流動(dòng)路徑，以此來確定主要噪聲源能量向所研究艙室流動(dòng)的的途徑，確定路徑后再進(jìn)行控制降噪。此方案中在傳播路徑上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行施加阻尼，即軟件中在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上添加NCT(Noise Control Treatment)，使聲能在傳播過程中由于阻尼的作用大量消耗為熱能，進(jìn)而達(dá)到降噪目的。

圖7 系統(tǒng)能量流動(dòng)Fig.7 System energy flow

圖8 艙室子系統(tǒng)能量輸入Fig.8 Power inputs to subsystem

圖7、圖8可以得出兩個(gè)主要傳播路徑：

傳播路徑1：Generator foundation A→beam-2931→Flat Plate-3043→beam-2931-2932→Flat Plate-3045…Flat Plate-4017…Flat Plate-293→cavity B 208→Flat Plate-172→cavity B 212

傳播路徑2：Generator foundation B→beam-297→Flat Plate-3033→beam-2982→Flat Plate-3035 …Flat Plate-4016 …beam-2994→Flat Plate-23→cavity B 107→Flat Plate-162→cavity B 212

對路徑上所經(jīng)過的甲板添加NCT(Noise Control Treatment)，所選的阻尼材料為海洋平臺常用的陶瓷纖維(ceramic fiber)，添加厚度為8 mm。此措施旨在聲能傳播路徑過程中被結(jié)構(gòu)中的阻尼材料消耗掉，已達(dá)到降噪目標(biāo)。圖9為路徑甲板鋪設(shè)陶瓷纖維前后的阻尼損耗因子對比。

圖9 降噪前后的阻尼損耗因子對比Fig.9 Comparison of damping loss factor before andafter the noise reduction

由圖10和表2可以看出，通過在聲能傳播路徑上的甲板添加陶瓷纖維阻尼材料，經(jīng)過模擬計(jì)算分析得出B212房間的噪聲總聲壓級水平降低了不到2.5 dB(A聲級)。此措施不僅增加了建造成本，增長建造周期，增加了平臺重量，而且效果不甚明顯。同時(shí)在平臺設(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)上已經(jīng)鋪設(shè)了隔音防火材料，加上傳播路徑分析不全面，即使在所有路徑上添加阻尼材料效果也甚微。此措施操作上是可行的，但是工作量大，經(jīng)濟(jì)上不可取。

圖10 艙室噪聲水平對比Fig.10 Comparison of cabin noise level

頻率/Hz31.5631252505001000200040008000降噪前2743474746453522-1降噪后2742454443433220-4

方案2:根據(jù)隔振降噪原理，在所研究艙室(即接受者)上進(jìn)行控制降噪，依據(jù)傳播路徑分析得出，所研究艙室B212的能量來源主要來自于四周的甲板聲振，因此根據(jù)降噪處理前的分析結(jié)果，通常選取多孔吸聲材料為隔音降噪處理的理想材料。厚度一般取為3～50 mm，為提高中低頻吸聲性能,厚度取10 mm。本次降噪處理選用的材料是巖棉。采用聲學(xué)中的雙層墻隔聲原理，在將此房間的上下甲板和四壁設(shè)置隔音雙層墻。圖11為艙室設(shè)置雙層墻隔音材料前后的阻尼損耗因子對比。

圖11 降噪前后的阻尼損耗因子對比Fig.11 Comparison of damping loss factor before and after the noise reduction

由圖12和表3中可以看出，通過在所研究的艙室四周艙壁上添加巖棉隔音材料，在雙層墻原理下B212房間的噪聲總聲壓級水平降低了3 dB(A聲級)，此方案達(dá)到了良好的降噪效果。

圖12 艙室噪聲水平對比Fig.12 Comparison of cabin noise level

通過表2和表3對比，方案2與方案1在低頻時(shí)的隔音效果相差不大，但在中高頻方案2比方案1隔音效果要明顯?？梢钥闯鲭p層墻隔音不僅降噪水平上有明顯的優(yōu)勢，而且在建造成本上與方案1相比更節(jié)省，因此在實(shí)際應(yīng)用工程中，雙層墻隔音措施是理想之選。在艙室聲壓級頻譜圖表對比中，也看到雙層墻在低頻區(qū)域內(nèi)降噪效果較差，這也符合理論上雙層墻隔音在低頻時(shí)比高頻時(shí)要困難。綜上所述，設(shè)置隔音材料在建造過程中是可行的，經(jīng)濟(jì)上也是可取的。

4 結(jié) 語

通過運(yùn)用基于聲學(xué)有限元法、邊界元法和統(tǒng)計(jì)能量法的聲學(xué)分析軟件 VA ONE，實(shí)現(xiàn)同一計(jì)算軟件平臺下超大型海洋工程結(jié)構(gòu)聲學(xué)建模與計(jì)算，為海洋平臺聲學(xué)預(yù)報(bào)提供新的解決途徑。

1) 計(jì)算模擬出了海洋平臺正常工作下的噪聲分布云圖，畫出噪聲超標(biāo)區(qū)域。

2) 計(jì)算模擬出海洋平臺工作生活艙室的噪聲水平，并對典型艙室進(jìn)行了兩種降噪措施，驗(yàn)證得出雙層墻隔音措施不僅能達(dá)到滿意的降噪效果，而且也大大節(jié)省了建造成本。

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