艙室噪聲的案例
高速船全頻段艙室噪聲預報與控制方法的研究
、後ｏｎｅ是將有限元分析、邊界元分析、統(tǒng)計能量分析以及ＦＥ．ＳＥＡ混合分析集成在一個模擬環(huán)境中的全頻段振動噪聲分析軟件。本文介紹了有限元法（ＦＥＭ）、統(tǒng)計能量法（ＳＥＡ）以及ＦＥ．ＳＥＡ混合法的基本原理和適用范圍，并應用ＶＡＯｎｅ軟件求解了低頻、中頻與高頻段高速船艙室噪聲，實現了高速船艙室噪聲問題的全頻段預報分析，并與相同船型實測值相比較，表明仿真是合理可行的。。通過仿真預報得到了各艙室的噪聲水平、分布特性以及噪聲頻譜中主要成分的頻率點。
高速船全頻段艙室噪聲預報與控制方法的研究.pdf
展開 船舶噪聲仿真分析
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。除空氣聲源艙室和鄰近艙室中的艙室噪聲主要由空氣噪聲決定外，其它艙室的艙室噪聲主要由結構噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時引起的水下輻射噪聲，主要由機械設備振動產生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動壓力作用在艉部結構產生的水下噪聲和水動力噪聲組成。
03
自噪聲
自噪聲是指聲納接收換能器所接收到的其載體產生的噪聲和聲納設備本身產生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優(yōu)化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
展開 聲學仿真：船舶噪聲仿真分析
來源：舟山虛擬仿真驗證平臺
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。除空氣聲源艙室和鄰近艙室中的艙室噪聲主要由空氣噪聲決定外，其它艙室的艙室噪聲主要由結構噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時引起的水下輻射噪聲，主要由機械設備振動產生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動壓力作用在艉部結構產生的水下噪聲和水動力噪聲組成。
03
自噪聲
自噪聲是指聲納接收換能器所接收到的其載體產生的噪聲和聲納設備本身產生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優(yōu)化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
展開 ProNas能量有限元法在船舶中高頻噪聲預測的應用
空氣噪聲源通過ProNas軟件分別在各激勵源所在聲腔子系統(tǒng)內以聲功率級方式加載，如圖6所示。主機速度級激勵如圖7所示，螺旋槳加速度級激勵如圖8所示。
三、船舶結構噪聲及空氣噪聲分析結果與優(yōu)化
1、船舶噪聲分析結果
在倍頻程中心頻率63-8000Hz下分別將該客箱船結構噪聲模型與空氣噪聲模型提交ProNas軟件求解器，經過ProNas軟件計算，可得到各艙室聲壓級水平，圖9、圖10分別為該客箱船在中心頻率為500Hz時結構噪聲仿真得到的結構速度云圖與艙室聲壓云圖，圖11與圖12分別為該客箱船在中心頻率為500Hz時的空氣噪聲仿真得到的結構速度云圖和艙室聲壓云圖。
該客箱船艙室聲壓分析結果見表1，部分艙室聲壓級不滿足目標值。
2、優(yōu)化方案
對于結構噪聲超標的艙室，常見的優(yōu)化方法為敷設阻尼。阻尼材料是將結構振動板的振動能量快速轉化為熱能，從而減弱金屬板的彎曲振動，阻尼材料通過這種方式有效的控制金屬板的結構輻射噪聲。通過云圖分析可知，本案例結構噪聲超標，多為主機與螺旋槳結構噪聲引起。由于該客箱船采用低速機，主機與船體鋼板直接螺接，船體底部振動區(qū)域較大，且底部鋼板厚度約為25mm-30mm，在實際應用中，阻尼層厚度一般為金屬板厚度2-4倍，因此如果采用常規(guī)的在激勵源處阻尼敷設方法，阻尼用量相對較大，成本較高。又由于船舶結構復雜，結構噪聲和空氣噪聲相互轉化，因此常規(guī)阻尼敷設方法對超標艙室噪聲控制效果一般。針對以上特點，本案例通過ProNas軟件后處理界面可直觀精確顯示傳遞路徑處能量分布，即在不達標艙室處直接敷設阻尼，采用這種敷設方法，阻尼用量及成本在可控范圍內，且噪聲控制效果顯著。
展開 
船舶結構振動噪聲分析及其進展
噪聲源的控制
按船舶噪聲的來源，主要可以從以下三個方面采取相應措施。
螺旋槳產生的噪聲控制。螺旋槳發(fā)出噪聲的主要原因有尾軸的靜、動平衡未校準好；螺旋槳運轉時產生的亂流以及槳葉通過水流時的周期性壓力變化；空泡時，氣泡的發(fā)生和破裂形成周期性的爆破音；槳葉上固有振動頻率與葉片形成的渦流引起共鳴，形成螺旋槳的“唱音”。因此，螺旋槳產生的噪聲控制，應重點采用預防的方法來實現。
主、輔機產生的噪聲控制。控制主、輔機產生的噪聲可以合理選用低噪聲設備，從源頭上減少船舶的艙室噪聲，這也是艙室噪聲控制的最有效辦法。
通風和空調調節(jié)系統(tǒng)噪聲控制。通風和空調調節(jié)系統(tǒng)應采用低速、低噪聲風機；風機應安裝減振器，出風口處應安裝消聲器，風機出風口管道和艙室中出風口處管道內應安放吸聲材料；風機與剛性風管連接處改用軟管過渡或采用軟性接頭，以降低固體噪聲的傳播；艙室送風管與空氣分配器之間，應同樣采用軟風管過渡。
2. 噪聲傳播途徑的控制以及噪聲防護設備的使用
噪聲控制最積極有效的辦法是從聲源上去考慮。在傳播途徑上控制噪聲主要是阻斷和屏蔽聲波的傳播，或是聲波傳播的能量隨距離加大而衰減。因此，控制噪聲傳播途徑可從聲源和接收器位置的選擇，增加傳播距，隔聲吸聲和消聲等手段入手。
艙室的合理布置。艙室的布置除了要滿足常規(guī)設計的要求外，還必須從聲學角度來考慮。布置的最基本原則是，使聲學要求高的艙室離聲源艙室盡可能遠些。
展開 完美“聲優(yōu)” | ProNas在大型船舶中高頻噪聲預測的應用
1、船舶噪聲分析結果
在倍頻程中心頻率63-8000Hz下分別將該客箱船結構噪聲模型與空氣噪聲模型提交ProNas軟件求解器，經過ProNas軟件計算，可得到各艙室聲壓級水平，圖10、圖11分別為該客箱船在中心頻率為500Hz時結構噪聲仿真得到的結構速度云圖與艙室聲壓云圖，圖12與圖13分別為該客箱船在中心頻率為500Hz時的空氣噪聲仿真得到的結構速度云圖和艙室聲壓云圖。
MSC卡車艙室降噪應用案例
斯堪尼亞公司的整車聲學部致力于通過降低艙室噪音級，提升隔音質量，從而盡可能滿足駕駛員對降噪的需求。斯堪尼亞公司通過開展廣泛測試，并引入聲振模擬等新手段，從而實現對駕駛艙室降噪性能的優(yōu)化。為此，斯堪尼亞開發(fā)團隊選擇使用Actran軟件，來提升他們的設計水平、縮短設計時間。
客戶面臨挑戰(zhàn)
隨著法律法規(guī)和客戶對新型卡車的設計要求越來越嚴格，制造商需要研發(fā)出新的方法，并形成更加穩(wěn)固和有效的設計流程。在艙室噪音方面，“斯堪尼亞公司圍繞噪音檢測和測試開展了大量工作。”整車聲學部高級工程師佩爾·奧洛夫·貝里隆德說，“我們打算進行更多的仿真工作。”佩爾·奧洛夫補充道。
為了重現物理環(huán)境中的聲音，斯堪尼亞團隊需要了解都有哪些噪音源，并且對各種噪音如何影響艙室噪音級進行判定。“兩年多來，多個部門間開展了大量的跨功能仿真模擬項目，從而對艙室噪音形成了完整的概念。”佩爾·奧洛夫說，“我們想通過調整不同噪聲源的貢獻量達到聲學設計的目的。”
整車聲學部首先需要降低車輛艙室噪音的主要來源。研究發(fā)現，其主要噪音源是風噪、動力總成噪音和輪胎滾動噪音。而后，他們判定出了每種噪音源的典型頻率。
在獲取這一重要信息后，佩爾·奧洛夫和其團隊接下來就要尋找軟件解決方案，即利用軟件來預測主噪音源以及對艙室噪聲的貢獻。
車速90公里/小時狀態(tài)下，駕駛艙室噪音源排序
“我十分認可Actran聲學分析功能與Nastran結構有限元分析功能的良好融合。Actran堪稱是聲學仿真的完美工具，尤其在模擬車輛表面聲壓加載和車內飾件建模方面，Actran是Nastran軟件的完美搭檔。”佩爾·奧洛夫·貝里隆德說到。
MSC解決方案
斯堪尼亞公司的佩爾·奧洛夫帶領整車聲學部，開發(fā)新方法來解決艙室噪音問題。
展開 Actran 案例 | 卡車艙室降噪
整車聲學部首先需要降低車輛艙室噪音的主要來源。研究發(fā)現，其主要噪音源是風噪、動力總成噪音和輪胎滾動噪音。而后，他們判定出了每種噪音源的典型頻率。
在獲取這一重要信息后，佩爾·奧洛夫和其團隊接下來就要尋找軟件解決方案，即利用軟件來預測主噪音源以及對艙室噪聲的貢獻。
“我十分認可Actran聲學分析功能與Nastran結構有限元分析功能的良好融合。Actran堪稱是聲學仿真的完美工具，尤其在模擬車輛表面聲壓加載和車內飾件建模方面，Actran是Nastran軟件的完美搭檔。”斯堪尼亞公司整車聲學部高級工程師——佩爾·奧洛夫·貝里隆德說。
利用Actran軟件模擬斯堪尼亞卡車的結構噪音
斯堪尼亞主觀評價聽音室
解決方案
斯堪尼亞公司的佩爾·奧洛夫帶領整車聲學部，開發(fā)新方法來解決艙室噪音問題。開始時，他首先利用MSC軟件公司的Nastran軟件來進行結構動力學和聲學分析，尤其是艙室動力總成噪音和駕駛室結構聲。隨著研究進行，他發(fā)現需要使用更加復雜的聲學計算方法，于是選擇了功能更加強大的Actran軟件，它能精確地解決包括內飾件在內的艙室噪聲問題。
“我先從發(fā)動機的空氣聲傳播入手。” 佩爾·奧洛夫說，“從發(fā)動機部開始，我利用MSC軟件公司的Nastran軟件計算了節(jié)點速度，并由此再利用Actran軟件計算出艙室外表面的聲載荷，最后計算出艙室內噪音。”
佩爾·奧洛夫也協同空氣動力學部門，基于同事提供的CFD計算結果，來計算駕駛位的風噪。“我們將CFD的結果映射到艙室外表面作為激勵，然后利用模態(tài)頻率響應，得出艙室內噪聲值。” 佩爾·奧洛夫補充說。
目前，佩爾·奧洛夫正在進行排氣噪音和動力系統(tǒng)結構噪音的建模。一旦完成這些建模，他將能模擬所有主要艙室噪音源。
展開 ProNas能量有限元方法在船舶中高頻振動噪聲分析預測的應用
根據主要噪聲振動源的性能參數可以得到如表1所列激振力頻率范圍：
表1.激振力頻率范圍
備注：考慮到頻率儲備和80%負荷為常用工況，以此為基數分別得到擾動頻率的上下限值（Hz）。
本案例某客箱船模型，根據實際情況所受激勵載荷主要有24個，分別為主機、螺旋槳、發(fā)電機、空壓機、空調、風機等。其中主機、發(fā)電機、螺旋槳與船體作用，船體會振動產生結構噪聲。其它激勵源通過空氣傳遞到船舶艙室內，產生空氣噪聲。結構噪聲源在ProNas軟件中分別在各設備的有限單元表面以速度級及加速度級的方式加載；空氣噪聲源分別在各激勵源所在聲腔子系統(tǒng)內以聲功率級方式加載，如圖7所示。
圖7客箱船結構噪聲、空氣噪聲載荷分布圖
5.船舶結構噪聲及空氣噪聲分析結果與優(yōu)化
5.1 船舶噪聲分析結果
在倍頻程中心頻率63-8000Hz下分別將該客箱船結構噪聲模型與空氣噪聲模型提交ProNas軟件求解器，計算可得到各艙室聲壓級水平，圖8分別為該客箱船在中心頻率為500Hz時結構噪聲仿真得到的結構速度云圖與艙室聲壓云圖。
圖8結構速度云圖、艙室聲壓云圖（500Hz結構噪聲）
該客箱船艙室聲壓分析結果見表2，部分艙室聲壓級不滿足目標值（55dB(A)）。
表2.某客箱船艙室聲壓級（節(jié)選）
5.2優(yōu)化方案
對于結構噪聲超標的艙室，常用的優(yōu)化方法為敷設阻尼。阻尼材料是將結構振動板的振 動能量快速轉化為熱能，從而減弱金屬板的彎曲振動，阻尼材料通過這種方式可以有效地控制金屬板的結構輻射噪聲。通過云圖分析可知，本案例結構噪聲超標，多為主機與螺旋槳結構噪聲引起。
展開 ProNas能量有限元方法在船舶中高頻振動噪聲分析預測的應用
圖8結構速度云圖、艙室聲壓云圖（500Hz結構噪聲）
該客箱船艙室聲壓分析結果見表2，部分艙室聲壓級不滿足目標值（55dB(A)）。
表2.某客箱船艙室聲壓級（節(jié)選）
5.2優(yōu)化方案
對于結構噪聲超標的艙室，常用的優(yōu)化方法為敷設阻尼。阻尼材料是將結構振動板的振 動能量快速轉化為熱能，從而減弱金屬板的彎曲振動，阻尼材料通過這種方式可以有效地控制金屬板的結構輻射噪聲。通過云圖分析可知，本案例結構噪聲超標，多為主機與螺旋槳結構噪聲引起。
由于該客箱船采用低速機，主機與船體鋼板直接螺接，船體底部振動區(qū)域較大，且底部鋼板厚度約為25mm-30mm，在實際應用中，阻尼層厚度一般要求為金屬板厚度2-4倍，因此采用常規(guī)的在激勵源附近敷設阻尼的方法，阻尼用量相對較大成本較高。并且，船舶結構復雜，結構噪聲和空氣噪聲相互轉化，因此常規(guī)阻尼敷設方法對超標艙室噪聲控制效果一般。相比以上問題，本案例采用ProNas能量有限元法可精確、直觀顯示傳遞路徑處能量分布，實現在不達標艙室處直接敷設阻尼，采用這種敷設方法，阻尼用量及成本在可控范圍內，且噪聲控制效果顯著。
對于空氣噪聲不達標艙室，結合ProNas軟件后處理結果云圖，采用以下優(yōu)化方案：
1) 部分娛樂室及放映室等地面浮動地板均改為50mm巖棉+鋼板+阻尼+鋼板型，再在上側加10mm流平甲板敷料。
2) 部分甲板廚房抽風機室的內部，艉、中、艏面增加4mm鋼板做成雙墻艙壁，形成密封夾層空間，兩層鋼壁都設阻尼涂料。
3) 甲板房間合計26處所的天花板需穿孔（穿孔面向室內），孔徑按1.8mm。壁板不穿孔。
展開 船舶四大主要噪聲源概述
柴油機高壓油管內的油壓變化幅度非常大，更會產生不容忽視的液壓沖擊噪聲。
二、輔助機械的噪聲
輔助機械包括各種艙室機械如水泵、油泵、風機、鍋爐等，甲板機械如貨物裝卸設備、錨絞設備以及各種挖泥機等工作機構等。
鍋爐噪聲主要在燃燒室附近較明顯，自然通風時空氣卷入火焰及可燃物小團粒隨機爆裂；人工通風時通風機是主要的噪聲源。液壓系統(tǒng)的噪聲，可來自液體動力引起的沖擊力、脈動、氣穴聲和機械振動及管道、油箱的共嗚聲等。空調通風系統(tǒng)也是船舶艙室主要噪聲源之一。
三、螺旋槳噪聲
螺旋槳噪聲的強度較主輔機噪聲的強度要弱，影響范圍也主要限于尾部艙室。其噪聲性質可分為兩種：一是低頻噪聲，由槳葉和流體相互作用的流體動力效應及水流沖擊尾柱而引起的；另一種是“空泡”引起的葉片振動而產生的高頻噪聲。
四、船體振動的噪聲
船體振動的噪聲是由主輔機及螺旋槳的擾動和各種機械及波浪的沖擊引起的振動而產生。船體周期性的變形使殼板之間產生摩擦聲，及因此而使船體結構發(fā)出各種傾軋聲等。
摘自《中國水運（理論版）》2006年第7期《船舶噪聲污染及其控制》，作者：羅孝學、余運茂、許庭春、葉進。
展開 
智能座艙聲振建模技術：HVAC噪音傳播與多孔吸聲材料
包括吸收域和多孔域，可以用可滲透的輻射表面聲載荷來解決HVAC艙室噪聲。動畫顯示感興趣頻率之一的傳播中的效果艙。很明顯，忽略聲學傳播中的艙室效應（左），聲波在介質中自由輻射。然而，包括機艙屬性在內，聲輻射更加復雜，因為它現在包括反射和吸收。
自由場（左）和機艙（右）的聲學傳播
過去的研究表明，將聲學和流動分開求解的混合方法可以提供比其他參考解決方案更具代表性的結果。使用這些技術，我們可以看到，在我們期望駕駛員耳朵的區(qū)域，安裝條件可以提供超過10
dB
的聲級。因此，一旦安裝，包括傳播中的座艙屬性，將對
HVAC
噪聲預測產生重大影響。
駕駛員位置的自由場和安裝的聲音水平
Simcenter 3D
現在還支持具有異質流體結構域的模型。這意味著可以將座椅和其他吸收的表面建模為重空氣或真實的多孔材料，而機艙的其余部分則以常規(guī)的空氣流為模型。
綜述
CFD和聲學耦合仿真為HVAC致機艙噪聲問題提供了一種解決方案，并通過優(yōu)化的源建模和數據傳輸，同時將流量和聲學角色保持在自己的平臺上。可以有效地考慮機艙性能，而無需增加CFD解決方案的開銷。'
原文來源于SIEMENS博客，作者Korcan Kucukcoskun和Jonathan Melvin
展開 沃爾沃乘用車NVH及聲學仿真案例剖析-第四屆Actran 用戶大會汽車行業(yè)主題演講回顧
汽車行業(yè)演講題目：
- 沃爾沃乘用車（會議主題演講）：沃爾沃乘用車使用Actran案例介紹
- 法拉利（會議特邀嘉賓演講）：動力系統(tǒng)聲品質的開發(fā)理念與實踐
- 沃爾沃乘用車：排氣管道氣動噪聲仿真
- 雷諾：汽車通過噪聲的仿真分析
- 斯堪尼亞：卡車艙室的噪聲源分析及通過實驗和仿真方式的聲音模擬
- 奧迪：超高速行駛下外氣動力引起車門振動導致的內噪聲仿真
- 沃爾沃卡車：進氣管道噪聲傳至駕駛室的聲源與路徑分析
- 瑪賽拉蒂：前圍板的聲學傳遞損失分析
- 博格華納：渦輪增壓器隔熱罩的聲學性能分析
- 庫博標準：車門密封條的聲學性能分析
- 麥格納：車輛聲學包開發(fā)及風噪聲仿真
- 天納克：針對混動車輛排氣噪聲的有源主動聲控制仿真
在今后的MSC軟件的微信公眾號中，會逐期挑選精彩案例呈獻給大家。敬請期待！
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