船舶结构振动噪声分析与控制措施

船舶结构振动噪声分析与控制措施
摘要：目前中国在船舶的振动影响研究方面的研究工作进行得还没有很完善，因此需要得到比较准确地来了测量方法的手段，例如Uzzato等人提到的耦合变
量理论，已经能够被运用到不同的噪声频率中，不过在噪声研究中，关于研究结
论的精度以及研究的有效性都还有待于继续考证。

关键词：船舶结构；振动噪声；进展
相对而言，EFEA法—能量有限元算法在实际的使用环境中相较于SEA算法更
有优势，因为其目标能够落在离散点上，因此可以更加逼真地模拟出船体结构的
受力状态，也减少了过去在船体噪声振动中的不稳定影响，同时利用计算机系统
也可以表现出更加逼真的数值结果，把传统算法的计算结果转变为空间矢量。

1噪声及其对人的危害
噪音，通常包括两种意思：从物理学角度来讲，噪声是所有不同频带和声压
的不规则混合；从生理学和心理学的角度来看，人们不需要的噪音被称为噪音，
因为噪音水平太高，影响身心健康，或者因为噪音水平不高，使人疲劳，影响人
类的休息、睡眠、工作等。

它的损害也是多方面的：（1）噪音对语言理解的影响：噪音水平越强，语言理解能力越低。

在80 dB的噪声环境中彼此交谈非常困难，但在90 dB的噪声中彼此交谈是完全不可能的。

（2）噪声环境对人类听力
的损害：最常见的是“听力疲劳”，即在噪声的影响下，人们的听力敏感度会暂
时降低，但很快就会恢复。

这种情况也被称为“暂时性听力损失”。

然而，如果
听觉系统长期暴露在强烈的噪声中，直到听力敏感度逐渐降低并变得永久，无法
再完全恢复，就会出现“永久性听力损失”的现象。

（3）强噪声影响人体健康：长期暴露于强噪声会导致中枢神经系统功能紊乱，主要表现为自主神经衰弱综合征；强烈的噪音刺激中枢神经系统，往往导致消化不良和厌食，进而引发胃肠道
疾病；强烈的噪音也会引起寄生神经紧张，引起心动过速、心率不规律、高血压
等现象。

船舱室噪音是对乘员生理和心灵的干扰，如唤醒入睡、阻碍沟通、中断
思考、让人感到困惑等。

2船舶振动与噪声的控制
在船舶振动和噪声控制理论中，数值模拟方法主要用于模拟船舶的噪声和振
动问题，主要基于有限元法（FEM）、边界元法（BEM）和统计能量分析（SEA）。

有限元法是一种确定性结构求解方法，通常用于预测高、低频振动环境，从而获
得结构的一般模态参数。

结合边界元法，可以预测系统的振动范围和内外声区的
辐射强度。

尽管有限元技术原则上可以正确地解决复杂系统在频率范围内的振动
和噪声辐射问题，要正确解决的问题的网格细化必须足够大（在特定波长范围内
通常需要6—10个元素），因此模型的大小将发生很大变化，计算周期也相当长，反而失去了有效数值模拟的优势。

其次，由于设计的高阶模态方法对于很多不明
确的原始数据和很多设计信息十分的灵敏，但是设计信息却不太好判断，导致有
限元方法计算的准确性大打折扣。

此外，建筑声振设计既具有震动带来的噪音传
播问题，也具有噪音带来的建筑震动问题，传统的有限元分析方法在处理它们之
间的耦合时非常麻烦。

因此，有限元方法也可用于研究低频振动中环境变化的预测。

在实践中，船舶的振动和噪声主要由机舱集中控制室中性能稳定的轻质五层
整体模压地板控制，其最大噪声输入损耗通常超过20dB（a）。

在中央控制室的
底层甲板进行双层约束和声音控制后，使用预先制备的具有减振、防震降噪、吸
声和整体减振功能的复合板，然后组合成开口朝下的箱形整体模衬，然后使用的
隔音装置位于中央声音控制层的表面板上，连接中央控制系统的不同房间轮廓。

此外，矿物棉毡层还附着在外轮廓的内表面，以减少辐射的外轮廓声音对内衬的
激励，并减少“内部共振”和“会聚效应”。

上述措施有效地抑制了中央控制室
的振动和噪声，使进入中央控制室噪声的损失高达38dB（A）。

与具有刚性光包
层的中央控制室相比，噪声介入损耗仅高19 dB（A）。

为了降低激励频率和激励
的影响范围，在调整优化的发动机转速和轮箱速比时，除了防止轴频率激励引起
的船体共振噪声外，还应注意在柴油机中安装阻尼块，这不仅可以降低柴油机的
励磁频率，从而降低了振动频率，同时还可以减小对结构固体声的影响。

减震垫
的参数要按原理设计，而主要材料则应选用橡胶，所以更有利于声绝缘。

加装减
震垫时，对油、水通道，排气管，对主机的轴系等，都要进行弹性接触。

3船舶噪声的控制措施
噪声污染的管理也是环境科学的一个主要研究，其基本原理和抗震、减振等技术的基本原理相近，即对噪声来源的管理、噪音扩散过程的管理，还有对噪音防护装置的使用。

3.1噪声源的控制
对船舶噪音的主要来源，人们通常可从下列三个方面采取相应对策。

（1）螺旋桨噪声控制。

螺旋桨噪声的主要因素是尾轴的静动平衡没有得到很好的校正；螺旋桨运行过程中形成的湍流以及清洁后叶片冲击的周期性变化；在空化中，泡沫的形成和破裂将引起周期性的爆破声；叶片的固有振荡频率和叶片产生的涡流引起共振，形成螺旋桨的“歌声”。

因此，螺旋桨的噪声控制应着重于控制方法。

（2）主要和辅助机械的噪声控制。

低噪声可以适当地用于主发动机和辅助发动机的噪声控制，这也是燃烧室噪声控制的最有效手段。

（3）通风与空气调节系统噪声控制。

通风系统与空气的温度调节装置相同，应选用中低速、低噪音的风机；在风机内还应装设空气减震器，在空调的出风口内还应装设空气消音装置，在风机的出风口管道与隔间和空调出口处的管路中间，应设置空气吸声材料；在风机的刚性风管支架连接处使用水带管过滤或使用空气软接头，以减少对固体噪声的影响；在舱间送风管道和空气分电装置连接处，还应同样使用空气软风管过滤。

3.2噪音扩散方式的研究和噪音防护装置的应用
噪声控制的最积极可行的方式从声源上去考虑。

从声音传播方式上，控制噪声通常是为了抑制和屏蔽声音的传递，或使声音传递的功率随距离增加而减弱。

所以，限制噪音传播方式一般是从对声源和接收器之间距离的选定，增加声音传播距，以及隔声吸声和消音的方式开始。

（1）舱段的正确选择。

舱段的选择除要符合常规结构的需要之外，还需要从声学方面来考量。

布置的一个根本原则是将声学等级好的隔间距声源舱段尽量远一些。

大中型船舶应将生活区与机舱分区布置，如果机舱与生活区混在一起又
不能分开，在机舱四周可布置一些无噪声条件的舱间，如更衣室、贮藏室和走廊等。

（2）抗噪声装置。

为了减少汽油发动机和发动机运行的影响，可以停止发
动机表面并安装隔音罩。

如果机房设计要求允许，也可直接在设备内设置用于散
热和轻钢结构的组合通风隔热罩。

隔音罩可用于有效控制机器外部发出的噪声，
也可广泛用于有效控制在不同环境中产生的各种系统噪声。

除了结构的合理抗噪
声指数外，隔音罩的实际抗噪声特性也与围护墙内部结构的平均吸声率密切相关。

（3）吸音装置。

如果机舱内的噪声源受到声波的反复反射，其噪声水平应比露
天同一噪声源高出10分贝以上。

因为机房中的混响非常强烈，尤其是当许多设
备一起工作时。

因此，有必要在驾驶舱内粘贴吸声材料，以减少混合声音。

类似
容器的实际加工效果也表明，安装微穿孔铝合金板材后，机舱内的噪音可降低18
分贝以上。

4结束语
随着研究的进一步深入和检测方法的日臻完善，人类环境保护能力的提高，
船用噪音要求将越来越严，从而对船用噪音的管理提出了越来越高的要求。

在考
虑造船噪声控制问题时还必须考虑到，在工程实践中常常受舰船造价和造船厂工
艺要求的影响，所以在船舶设计中也应该充分考虑造船噪声控制的影响，并在舰
船建设工程中重视噪声控制技术方法的实际应用。

参考文献：
[1]蔡承德.船舶噪声预报与统计能量法[J].船检科技，2015（1）.
[2]吴国荣.声辐射问题的一种新的无限元方法[J].船舶力学，2009，13（4）：641-645.。