船舶舱室声学优化设计理论与方法研究

摘要

2013年1月1日船舶效能设计指数（EEDI）正式生效，船舶设计开始面临“绿色船舶”带来的挑战。今后的船舶设计不能仅仅考虑结构的强度问题，还应考虑诸如低排放、低能耗和振动噪声舒适性能等因素，向环保型设计方向发展。在振动噪声舒适性方面，船舶减振降噪设计技术受到普遍重视。国际海事组织(IMO)于2014年7月1日起采用新的更严格的舱室噪声标准，随着新的噪声国际标准实施，船舶舱室声学设计方法成为当前研究热点。
　　本文针对船舶设计流程中涉及到的船舶声学设计内容，研究了舱室声学布局优化设计理论、船舶结构声学设计理论与方法、船舶降噪声学包配置优化设计方法。
　　首先研究了船舶概念设计及初步设计阶段的舱室噪声控制方法，即通过对舱室进行总体声学布局优化设计，根据各类舱室噪声限值，合理布置船舶各功能舱室，使舱室降噪成本最低。基于船舶声学布局优化设计通用模型，本文给出解决船舶空间与舱室的匹配关系的两种优化方法。一是匈牙利法解法；二是基于排序不等式的准则法。对优化算法进行了软件实现，并给出面积和位置等约束条件下的舱室声学布局优化算例。
　　其次，在船舶详细设计阶段，基于统计能量方法，研究了船舶噪声的传递途径控制方法。通过将热力学中的温度和熵的概念扩展为统计能量框架下的声振温度和声振熵，结合图论研究了识别船舶舱室噪声传递路径的方法。将识别噪声传递路径问题转化为 K则最短路径问题，以混合熵增率为权，采用删除边算法搜索噪声能量的主传递路径。此方法能够快速识别基于统计能量模型的船舶舱室噪声主要传递路径。
　　采用声学包降噪技术解决船舶舱室噪声超标问题是未来发展的主流技术。声学包是通过对结构基体材料、吸声/隔声材料和阻尼材料的组合优化设计，能完成预定降噪效果的声学部件。本文在声学布局优化设计给定和识别出振动噪声传递路径的基础上，利用声学敏度与遗传算法，研究声学包布置优化问题。该技术具有重要工程应用价值，对于实现声学包优化设计工作的标准化及程序化，有效减少声学包降噪成本，具有重要的作用。
　　最后，综合舱室声学布局优化理论、船舶噪声能量传递路径识别技术和声学包降噪技术，提出适用于大型船舶基于噪声能量主传递路径族的降噪设计通用流程，并根据上述理论开发了船舶舱室声学优化设计软件。

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第一章 绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2船舶舱室声学优化研究现状

1.3本文主要内容与章节安排

第二章 船舶舱室总体声学布局优化设计理论与方法

2.1船舶舱室总体声学布局优化通用模型

2.2匈牙利解法

2.3考虑面积约束的舱室分配问题

2.4非标准空间布局算法

2.5 本章小结

第三章 基于振动噪声传递路径的声学敏度与声学优化设计方法

3.1识别船舶中高频振动噪声传递路径的声振熵赋权图法

3.2基于噪声主传递路径族声学敏度分析的降噪设计方法

3.3 基于声学包技术的舱室降噪优化设计

3.4 船上舱室噪声优化指导性建议

3.5 VLCC上层建筑舱室降噪设计算例

3.6 本章小结

第四章 船舶舱室总体声学布局优化软件开发

4.1 软件概述

4.2 软件实现

4.3 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

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