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极地邮轮振动噪声舒适性研究

薛斌  
【摘要】:极地邮轮其航线较长,航行海域跨度较广,在航行途中将会遭遇漂浮在海面上的浮冰和风暴等恶劣海况。极地恶劣海况对于极地邮轮的航行安全性以及船体的振动将产生重要影响,进而影响旅客的舒适性体验。邮轮作为一种豪华的海上交通工具,对航行振动噪声的舒适性要求比其他船舶要求更高。因此,研究极地恶劣海况对于邮轮舒适性的影响,对于提升极地邮轮舒适性品质具有重要的意义。与其他航线的邮轮相比,极地邮轮要穿越大片冰区,极地邮轮与冰层撞击产生的冲击对邮轮振动噪声舒适性的影响是本文研究的重点。本文以某邮轮为研究对象,建立了极地邮轮的分析模型,分析极地冰载荷对邮轮振动舒适性的影响,研究了舱室浮动地板和隔声门结构对改善邮轮舱室环境噪声的影响规律,主要研究内容和结论如下:首先,建立了海冰材料的模型,研究了海冰模型参数的确定。海冰的力学特性极其复杂,海冰材料模型将直接影响到后续冰载荷的模拟结果,为了准确确定海冰的材料模型参数,本文利用了海冰单轴压缩和三轴压缩实验来确定海冰的材料模型和参数。已有学者研究了将JH-2材料模型用于模拟海冰的破坏现象,但是缺少系统地确定JH-2海冰材料模型的方法。本文在前人研究的基础上,重点分析了将JH-2模型用于模拟海冰时各参数的物理意义及其确定方法,并将使用该模型得到的加载力数值模拟结果和实验结果进行了对比,结果表明:海冰所受的加载力随着时间逐渐增加,在达到最大值后突然下降为0;最大加载力的数值模拟结果与实验结果误差为7.8%,且数值模拟得到的海冰破坏时刻与实验结果的误差为4.5%。其次,研究了冰载荷对极地邮轮振动噪声的影响。传统的有限元方法使用单元删除法来模拟材料的破坏现象,计算结果受单元删除标准的影响很大且不能很好地模拟实际材料的断裂破坏现象。本文利用平滑粒子伽辽金法及其基于应变的键失效机理来模拟海冰的破坏过程,该方法具有对材料使用的破坏准则不敏感、能考虑失效单元的自接触等优点。本文利用平滑粒子伽辽金—有限元耦合方法对海冰建模,基于此耦合模型分析海冰的破坏现象。然后,基于耦合海冰模型研究了冰载荷对极地邮轮振动的影响规律,并结合统计能量法研究了浮动地板对提高极地邮轮冰区航行舒适性的作用。结果表明:邮轮与冰层撞击过程中海冰冰层没有出现大的裂纹扩展现象,海冰只在与船艏直接接触的小范围内发生破坏,并没有在船艏周围和前方产生长距离的裂缝;从邮轮甲板的加速度数据可知,撞击产生的冲击振动在靠近船艏处最大,位于极地邮轮艉部舱室的加速度得到明显衰减。最后,研究了隔声门的隔声性能,对提高极地邮轮舱室噪声性能具有重要的意义。隔声门可以有效抑制动力设备产生的空气噪声对邮轮客舱噪声性能的影响。本文针对传统隔声门在低频段隔声性能差的问题,将嵌入式质量应用于隔声门结构中以提高隔声门在低频段的隔声性能。通过建立两个相邻混响室的有限元模型研究嵌入式质量对隔声门隔声量的影响规律,结合隔声门在低频段隔声性能的评价方法,对在低频段影响隔声门有效隔声量的相关参数进行了参数关联性研究和优化分析。结果表明:各质量块在隔声门宽度方向的距离和质量块的密度与设计目标更具有相关性;对于所研究的玻璃棉(厚度92 mm,容重24 kg/m~3),使用灰铸铁作为质量块,并合理布置的嵌入质量块大小和位置可以有效提高隔声门在低频段的隔声性能;与普通隔声门相比,嵌入式质量隔声门的Tokita记权有效隔声量增加了5 dB。


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