吳衛(wèi)國，魏杰證，林永水，范明偉，甘進

1武漢理工大學交通學院，湖北武漢430063 2武漢理工大學工程結(jié)構(gòu)與力學系，湖北武漢430070 3中國艦船研究設(shè)計中心，湖北武漢430064

基于統(tǒng)計能量分析的船舶艙室阻尼降噪布置優(yōu)化

吳衛(wèi)國1，魏杰證1，林永水2，范明偉3，甘進1

1武漢理工大學交通學院，湖北武漢430063 2武漢理工大學工程結(jié)構(gòu)與力學系，湖北武漢430070 3中國艦船研究設(shè)計中心，湖北武漢430064

［目的］對船舶艙室噪聲阻尼控制進行布置優(yōu)化研究，以提高阻尼減振降噪效果和降低阻尼重量。［方法］首先，基于SEA理論，對聲腔子系統(tǒng)的A計權(quán)聲壓級關(guān)于子系統(tǒng)阻尼損耗因子的一階靈敏度進行理論推導與數(shù)值分析。同時，提出阻尼材料的布置數(shù)學優(yōu)化模型并設(shè)計優(yōu)化程序，運用MATLAB對VA One進行二次開發(fā)，建立艙室噪聲阻尼控制布置優(yōu)化系統(tǒng)。然后，在此基礎(chǔ)上，將阻尼敷設(shè)分為5個區(qū)域，每個區(qū)域的阻尼厚度比為優(yōu)化變量，以阻尼涂層的總重量為目標函數(shù)，以目標艙室的A計權(quán)聲壓級為約束條件，建立實船SEA優(yōu)化模型并進行布置優(yōu)化數(shù)值研究。［結(jié)果］研究結(jié)果表明，通過優(yōu)化程序計算可以得到各區(qū)域阻尼敷設(shè)的最佳厚度，優(yōu)化后的阻尼重量可減輕60.4%，有效提高了單位重量阻尼的降噪效果。［結(jié)論］該研究成功解決了艙室阻尼降噪的阻尼敷設(shè)位置和厚度的選擇難題，為阻尼的聲學設(shè)計提供了可靠的分析方法和指導。

艙室噪聲；統(tǒng)計能量分析；聲阻尼；降噪；優(yōu)化設(shè)計；二次開發(fā)

0 引 言

船舶艙室噪聲控制通常從聲源、傳遞途徑和接受者這3個環(huán)節(jié)來綜合考慮。一旦主機、螺旋槳等噪聲源確定，降低船體板的振動聲輻射、抑制結(jié)構(gòu)聲的傳遞及增加結(jié)構(gòu)振動能量的衰減就成為降噪的關(guān)鍵。阻尼技術(shù)在以上幾個方面均可發(fā)揮有效作用，因此在船舶艙室噪聲控制中得到了廣泛應(yīng)用。

在船舶艙室噪聲阻尼控制的研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學者開展了深入研究。文功啟［1］研究指出阻尼材料敷設(shè)在船舶機艙和舵機艙的底板及桁材的減振降噪效果更好。于大鵬等［2］研究了阻尼結(jié)構(gòu)對艙室噪聲的影響，發(fā)現(xiàn)在激勵源艙室敷設(shè)阻尼材料的情況下降噪不明顯，但對非聲源艙室有降噪作用，并且自由阻尼材料比約束阻尼材料的降噪效果更好；對于非激勵源艙室敷設(shè)阻尼材料的情況，該方法可起到降噪的作用，并且與自由阻尼材料相比約束阻尼材料的效果更好。蔡旭龍［3］對某船舶生活艙室采用阻尼材料和吸聲材料的降噪效果進行了研究與分析，研究結(jié)果表明，通過采取阻尼降噪措施，可以較好地改善各類艙室的噪聲水平。林永水［4］分析了在聲波傳遞路徑上敷設(shè)自由阻尼材料和約束阻尼材料對結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的影響，比較了阻尼材料連續(xù)敷設(shè)和間斷敷設(shè)時的減振效果，但未直接對阻尼材料的降噪效果進行優(yōu)化分析。范明偉［5］運用 MATLAB對 VA One軟件的優(yōu)化功能進行二次開發(fā)，并應(yīng)用到了機艙的阻尼降噪優(yōu)化分析中，但研究并未建立一個廣義的優(yōu)化數(shù)學模型，計算效率和可靠性有待提高。

綜合分析可知，目前的阻尼減振降噪方法還處于粗放模式階段，阻尼材料敷設(shè)的位置及厚度等主要依據(jù)工程經(jīng)驗來確定，甚至是采取在整個局部結(jié)構(gòu)中均勻敷設(shè)阻尼材料。這種方式使阻尼材料的重量急劇增大，而降噪效果并未得到顯著提高，所以如何使用最少的阻尼材料達到最佳的減振降噪效果正成為一個在科學與工程上需要迫切解決的問題。一方面，在給定重量約束的條件下，通過選擇合適的阻尼材料以及合理布置，以提高單位阻尼重量的減振降噪效果來實現(xiàn)減振降噪目標；另一方面，在給定減振降噪值的約束條件下，通過選擇合適的阻尼材料以及合理布置，以降低每分貝噪聲值的阻尼重量來滿足重量控制目標。因此，當阻尼材料選定后，阻尼材料的布置優(yōu)化對阻尼減重和降噪的效果將起到十分重要的作用。

目前，對艙室噪聲進行分析有多種方法，主要包括統(tǒng)計能量分析（Statistical Energy Analysis，SEA）法、有限元法（FEM）和邊界元方法（BEM）、SEA-FE混合方法以及基于實船測試噪聲數(shù)據(jù)的經(jīng)驗公式法。上述方法中，SEA方法適用于結(jié)構(gòu)的高頻聲振問題分析［6］，F(xiàn)EM方法主要用于解決低頻聲振問題，Shorter和 Langley［7］提出的 SEA-FE混合方法主要用于解決中間頻段的聲振特性分析。國外很早就采用SEA方法來預報船舶艙室噪聲［8-10］。在國內(nèi)，酈茜和吳衛(wèi)國［11］以及于大鵬等［2］采用SEA方法預報了艙室噪聲；邱斌等［12］基于VA One軟件首次將船舶艙室噪聲預報擴展到全頻段，在中間頻段采用SEA-FE混合方法，對船舶艙室噪聲進行了全頻段預報。

鑒于船舶的復雜性，目前艙室噪聲的數(shù)值預報主要還是采用SEA方法。本文擬基于SEA方法對船舶艙室的阻尼降噪布置進行優(yōu)化分析。首先，對聲腔A計權(quán)聲壓級關(guān)于阻尼損耗因子的靈敏度開展研究，探討敷設(shè)位置和阻尼損耗因子對艙室噪聲的影響；其次，提出優(yōu)化數(shù)學模型和優(yōu)化程序，集成MATLAB的優(yōu)化功能和VA One軟件的SEA求解功能，建立阻尼控制優(yōu)化的分析平臺；最后，開展船舶艙室噪聲阻尼布置優(yōu)化的數(shù)值實驗研究，為船舶艙室噪聲的阻尼聲學設(shè)計提供建議。

1 基于SEA的阻尼靈敏度分析

1.1 一階靈敏度分析模型

根據(jù)互易原理，給出如下功率流平衡方程：

式中：k為統(tǒng)計能量子系統(tǒng)的數(shù)量；ni，ηi分別為子系統(tǒng)i的模態(tài)密度和內(nèi)損耗因子；ηij(ηji)為子系統(tǒng)i(j)和子系統(tǒng) j(i)的耦合損耗因子；N(x ，f)為損耗因子矩陣，是正定對稱矩陣，假設(shè)它對設(shè)計變量x是連續(xù)可微的；e(x ，f)為模態(tài)能量矩陣，e(x ，f)=[e1， e2， …?， ek]T；Pin為 獨立于設(shè)計變量的輸入功率向量。

通過式（1）推導的模態(tài)能量矩陣為［13］

式中，中心頻率帶寬內(nèi)的總能量E(x ，f )可用該中心頻率下的模態(tài)密度n(x ，f)和模態(tài)能量矩陣e(x ，f )來表達：

式中：n(x ，f)為由子系統(tǒng)模態(tài)密度組成的對角矩陣。

聲腔子系統(tǒng)Q在中心頻率 fj下的聲壓PQ(fj)計算公式如下：

式中：ρ為空氣密度；c為空氣中的聲速；V為聲腔體積；EQ(fj)為聲腔子系統(tǒng)Q中心頻率 fj帶寬內(nèi)的總能量。

中心頻率 fj下聲腔子系統(tǒng)Q的聲壓級LPQ(fj)計算公式為

整個計算頻域內(nèi)聲腔子系統(tǒng)Q的A計權(quán)聲壓級LPAQ()

f計算公式為

式中：δP(fj)為中心頻率 fj下A計權(quán)聲壓級的修正值；Wf為整個計算頻域內(nèi)中心頻率的個數(shù)。

1.2 A計權(quán)聲壓級關(guān)于設(shè)計變量的一階靈敏度分析

對于設(shè)計變量X=[x1， x2， …， xk] ，推導聲腔子系統(tǒng)能量關(guān)于子系統(tǒng)阻尼損耗因子的靈敏度時，假定設(shè)計變量中單個子系統(tǒng)的內(nèi)損耗因子改變，然后將其擴展到多個變量值。

由式（3），得到總能量關(guān)于設(shè)計變量x的一階靈敏度為

假定輸入功率向量Pin與設(shè)計變量x相互獨立，因此，對式（1）求導可得

N關(guān)于設(shè)計變量x的導數(shù)為

板子系統(tǒng)的模態(tài)密度n(f)為

式中：CL，h分別為縱波波速及板的厚度；S為聲腔總的表面積。

聲腔子系統(tǒng)的模態(tài)密度為

式中，lt為聲腔的總周長。

板子系統(tǒng)的內(nèi)損耗因子為［9］

聲腔子系統(tǒng)的內(nèi)損耗因子為［10，14］

式中：αˉ為聲腔的平均吸聲系數(shù)；ω=2πf，為角頻率。

板子系統(tǒng)i與板子系統(tǒng) j的連接耦合損耗因子 ηij為［6］

式中：cBi為板中彎曲波的波速；τij為板子系統(tǒng)間傳遞系數(shù)；Si為板子系統(tǒng)i的面積；lij為結(jié)構(gòu)間連接長度。

板子系統(tǒng)i與聲腔子系統(tǒng) j的耦合損耗因子ηij為［6］

式中：ρ0為聲腔中流體密度；m′i為板子系統(tǒng)i的面密度；σ為輻射比。

聲腔與聲腔之間的耦合損耗因子ηij為［6］

式中：Sij為聲腔子系統(tǒng)i和聲腔子系統(tǒng) j面連接的面積；τij為聲腔子系統(tǒng)間傳遞系數(shù)；Vi為聲腔子系統(tǒng)i的體積。

當設(shè)計變量值x為第i個板子系統(tǒng)的阻尼損耗因子 ηi，即 x=ηi時，將式（12）～式（16）代入式（19），可得

對于擴散聲場，第i個板子系統(tǒng)相關(guān)的耦合損耗因子ηij相對于第i個板子系統(tǒng)的阻尼損耗因子 ηi是獨立的，即，因此，式（17）右端可簡化為一個k×k階矩陣，該矩陣k(i ，i)=ni，其他元素均為0。

由式（2）和式（8），可得

由此，聲腔子系統(tǒng)Q的總能量EQ關(guān)于第i個板子系統(tǒng)的內(nèi)損耗因子的靈敏度為

式中，ηQ為聲腔子系統(tǒng)Q的內(nèi)損耗因子。

對式（5）兩邊關(guān)于設(shè)計變量η求導，可得

對式（6）兩邊關(guān)于設(shè)計變量η求導，可得

將式（20）代入式（21），可得

式中，Pin(fj)為中心頻率 fj下的輸入功率。

將式（24）代入式（22），得到目標函數(shù)的一階靈敏度表達式

1.3 靈敏度數(shù)值分析

模型由2個9 m×6 m×3 m的長方形艙室組成，兩者尺度和結(jié)構(gòu)屬性相同，如表1所示。整個系統(tǒng)SEA模型包含2個聲腔子系統(tǒng)和11個板子系統(tǒng)。圖1所示為子系統(tǒng)劃分情況，其中：1為聲源室的聲腔子系統(tǒng)，子系統(tǒng)2～7分別為聲源室的板子系統(tǒng)；子系統(tǒng)13為非聲源室的聲腔子系統(tǒng)，子系統(tǒng) 2，8，9，10，11，12為非聲源室的板子系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)聲激勵作用于板子系統(tǒng)6，空氣聲激勵作用于聲腔子系統(tǒng)1。

圖2所示為在空氣聲激勵作用時，對聲源艙室聲腔子系統(tǒng)和非聲源艙室聲腔子系統(tǒng)的A計權(quán)聲壓級關(guān)于阻尼損耗因子的一階靈敏度的分析結(jié)果。結(jié)果表明，空氣聲激勵作用時，改變了板子系統(tǒng)的阻尼損耗因子，對聲源艙室A計權(quán)聲壓級的影響甚微，對非聲源艙室的影響較大；而傳遞途徑上板子系統(tǒng)（子系統(tǒng)2）的阻尼損耗因子對非聲源艙室A計權(quán)聲壓級的影響明顯。

表1 艙室的特征參數(shù)Table 1 The characteristic parameters of a single cabin

圖1 艙室的SEA子系統(tǒng)劃分圖Fig.1 The cabin SEA subsystems demarcation plan

圖3所示為在結(jié)構(gòu)聲激勵作用時，對聲源艙室聲腔子系統(tǒng)和非聲源艙室聲腔子系統(tǒng)的A計權(quán)聲壓級關(guān)于阻尼損耗因子的一階靈敏度的分析結(jié)果。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)聲激勵作用時，改變了板子系統(tǒng)的阻尼損耗因子，對兩種艙室A計權(quán)聲壓級影響較大，尤其是改變了激勵作用區(qū)的阻尼損耗因子。因此，采用阻尼材料來降低噪聲將會取得顯著的效果，尤其是阻尼材料敷設(shè)在激勵作用區(qū)時。

圖2 空氣聲激勵時聲源艙室和非聲源艙室聲腔子系統(tǒng)A計權(quán)聲壓級關(guān)于阻尼損耗因子一階靈敏度分析Fig.2 The first-order sensitivity analysis of A-weighted sound pressure level about damping loss factor for acoustic and non-acoustic source cavity subsystem under the action of air acoustic excitation

圖3 結(jié)構(gòu)聲激勵時聲源艙室和非聲源艙室聲腔子系統(tǒng)A計權(quán)聲壓級關(guān)于阻尼損耗因子一階靈敏度分析Fig.3 The first-order sensitivity analysis of A-weighted sound pressure level about damping loss factor for acoustic and non-acoustic source cavity subsystem under the action of structure-borne sound excitation

此外，由圖2和圖3還可以看出，在內(nèi)損耗因子η=0.02附近，靈敏度值呈現(xiàn)陡峭的變化趨勢；當η=0.02～0.1時，靈敏度變化趨緩；當η＞0.1時，靈敏度值幾乎不變，這說明當板子系統(tǒng)的阻尼損耗因子從0增加到0.1時，對聲腔的A計權(quán)聲壓級有較明顯的影響，而阻尼值繼續(xù)增加時，對其影響甚微。因此，當阻尼厚度達到一定值后，繼續(xù)增加厚度，其降噪效果并不會顯著增加。

2 基于SEA的艙室阻尼降噪布置優(yōu)化

2.1 艙室阻尼降噪布置優(yōu)化數(shù)學模型

假設(shè)規(guī)范規(guī)定的船舶目標艙室G的A計權(quán)聲壓級的限制值為LPAGH，未敷設(shè)阻尼材料時目標艙室初始的A計權(quán)聲壓級為LPAGI。艙室噪聲阻尼布置優(yōu)化問題的約束條件為目標艙室的噪聲級滿足規(guī)范要求，且阻尼總重量最輕。

如圖4所示，該模型將阻尼材料敷設(shè)分為M個區(qū)域，第i個區(qū)域的底材厚度為ti，面積為Si，阻尼層厚度為h1i，約束層厚度為h2i，ρ1和 ρ2分別為自由阻尼層及約束層密度，阻尼材料與底材的厚度比 yi=(h1i+h2i)ti。約束層厚度h2i用變量 yi表示為

圖4 約束阻尼結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic of constraint damping structure

根據(jù)文獻［5］，敷設(shè)阻尼鋼板的復合損耗因子隨阻尼層厚度的增加而增大，當阻尼層與底材的厚度比大于一定值時，復合損耗因子增加的速率降低，定義此時厚度比為臨界厚度比。因此，阻尼厚度比的上限值取 yc，有

優(yōu)化數(shù)學模型中約束條件是目標艙室G的A計權(quán)聲壓級的減少量δG≥LPAGI-LPAGH。設(shè)敷阻尼材料之后艙室的A計權(quán)聲壓級為LPAG()Y ，則目標艙室聲壓級約束條件可以改寫為

式中：Y=[ y1，y2， …， yM]。

根據(jù)多元函數(shù)不等式約束優(yōu)化問題的求解方法，數(shù)學優(yōu)化模型可以表述為：

式中：f(Y)為目標函數(shù)；gG(Y)為約束條件的梯度，其矩陣分別表示如下：

式中，Δyi為設(shè)計變量的變化值。

2.2 優(yōu)化算法和優(yōu)化函數(shù)

在求解優(yōu)化問題的過程中，將同時采用解析方法和數(shù)值方法。解析方法使用到拉格朗日函數(shù)，拉格朗日函數(shù)必須滿足Kuhn-Tucker條件［15］。

對于式（29）中的設(shè)計變量向量，Y=[y1，y2，…，yM]T為 M維向量，它受到m個不等式約束的限制。γ是對應(yīng)于不等式約束的拉格朗日乘子向量，γ=[γ1， γ2，…，γm]T，并有非負的要求。在使用拉格朗日乘子法推導出相應(yīng)的極值條件時，需要引入m個松弛變量，χ=[χ1，χ2，…，χm]T，使式（30）中的不等式約束gj(Y)≤0(j=1，2，…，m)變成等式約束從而組成相應(yīng)的拉格朗日函數(shù)，即

式中：ν=[ ν1，ν2，…，νM]，為拉格朗日乘子向量。

根據(jù)式（33），可得Kuhn-Tucker條件為

文中采用MATLAB自帶的優(yōu)化函數(shù)fmincon進行求解，具體的優(yōu)化算法是序列二次規(guī)劃法。

2.3 基于VA One和MATLAB的優(yōu)化程序設(shè)計

程序以VA One軟件為SEA模型聲壓級計算的求解器，MATLAB為主控程序，提供優(yōu)化算法，兩者之間的數(shù)據(jù)交換通過API函數(shù)實現(xiàn)。首先，在VA One中建立優(yōu)化所用的SEA模型，并在預定的區(qū)域敷設(shè)阻尼材料，作為初始輸入模型。其次，在MATLAB中定義目標函數(shù)與設(shè)計變量，通過API函數(shù)對輸入模型進行參數(shù)修改，即厚度比。然后，用VA One計算目標艙室G的A計權(quán)聲壓級，并通過API函數(shù)數(shù)據(jù)接口將計算后的目標值傳遞給MATLAB程序，程序根據(jù)返回值判斷是否滿足約束條件。如此循環(huán)下去，直到獲得最優(yōu)結(jié)果，具體流程見圖5。

圖5 阻尼控制優(yōu)化布置二次開發(fā)程序流程圖Fig.5 Flow chart of secondary development program for layout optimization of damping control

2.4 阻尼材料布置優(yōu)化數(shù)值分析

計算模型為一艘巡邏艇的SEA模型，目標艙室取2個噪聲超標的艙室（會議室和駕駛室），降噪值分別為δ1≥8dB和δ2≥9dB。阻尼材料采用化工部海洋涂料研究所研制的無溶劑阻燃型船用阻尼涂料T54/T60，阻尼參數(shù)如表2、表3及圖6所示。圖6中同一種顏色代表涂區(qū)敷設(shè)的阻尼層厚度相等。根據(jù)文獻［16］，阻尼層厚度h1i=0.001m，阻尼厚度比上限值yc=2。

T54/T60復合損耗因子計算采用譜有限元法［18］，第i個波型的阻尼損耗因子ηi公式如下：

表2 聚氨酯和環(huán)氧樹脂屬性［17］Table 2 The properties of polyurethane and epoxy

表3 阻尼區(qū)域面積與底板厚度Table 3 Damping area and plate's thickness

圖6 板系統(tǒng)阻尼敷設(shè)示意圖Fig.6 Schematic of damping layout for plate system

式中：ηj為第 j層的阻尼損耗因子；為第j層的剛度矩陣；Kr為總的剛度矩陣；為第 i個波型對應(yīng)橫截面的位移特征向量。

阻尼厚度比向量取初始值Y=[1.5，1.5，1.5，1.5，1.5]，目標函數(shù)初始值為 691.3 kg，程序運行約4 h，經(jīng)過6次迭代完成優(yōu)化求解，厚度比的計算結(jié)果如圖7所示。從圖8可以看出，目標函數(shù)的最優(yōu)解為273.9 kg，此時會議室和駕駛室的噪聲水平滿足規(guī)范的要求，同時阻尼涂料T54/T60的質(zhì)量也最輕。此時，與阻尼厚度比向量對應(yīng)的阻尼厚度為結(jié)合工程實際，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果取約束層厚度

本文采用統(tǒng)計能量分析方法對船舶艙室噪聲的阻尼降噪布置優(yōu)化進行了研究，提出阻尼布置的數(shù)學優(yōu)化模型及程序，并運用MATLAB對VA One軟件進行二次開發(fā)，建立了噪聲阻尼控制布置的優(yōu)化系統(tǒng)。通過對實際船舶艙室的阻尼材料降噪布置優(yōu)化數(shù)值分析，得到如下結(jié)論：

1）當空氣聲激勵時，阻尼材料對聲源艙室的降噪效果甚微；當結(jié)構(gòu)聲激勵時，阻尼的降噪效果顯著，且在激勵作用區(qū)域敷設(shè)約束阻尼降噪效果最佳，在傳遞路徑上敷設(shè)自由阻尼的效果次之；阻尼厚度達到一定值后，降噪效果并不會隨阻尼厚度的增加而顯著增加。此時會議室和駕駛室的A計權(quán)聲壓級分別為69.13和69.99 dB，滿足控制要求，阻尼涂料T54/T60的質(zhì)量為273.7 kg，較初始設(shè)計值的重量減輕了60.4%。

由圖7和圖8可知，子系統(tǒng)1在3個底板子系統(tǒng)中敷設(shè)的約束阻尼厚度最大，說明阻尼材料布置在子系統(tǒng)1降噪的效果最好，且激勵作用在子系統(tǒng)1上，也說明阻尼材料布置在激勵作用區(qū)域更能發(fā)揮阻尼材料的減振降噪作用。子系統(tǒng)2，3的阻尼約束層可以忽略，說明在聲振動傳遞路徑上采用自由阻尼即可。子系統(tǒng)4，5的阻尼層較厚，說明船底肋板和縱桁是能量傳遞的重要途徑，尤其是橫向構(gòu)件，其敷設(shè)約束阻尼材料后更能大幅降低能量的傳遞?？傊?，優(yōu)化結(jié)果說明了非均勻敷設(shè)阻尼材料較均勻敷設(shè)的效果更佳，合理布置阻尼敷設(shè)材料的位置與厚度，可大幅提高阻尼減振降噪的效果，并減輕阻尼材料的重量。

圖7 每一次迭代厚度比的取值Fig.7 The thickness ratio values of each iteration

圖8 每一次迭代目標函數(shù)的取值Fig.8 The objective function values of each iteration

3 結(jié) 論

2）結(jié)構(gòu)橫向和縱向強構(gòu)件是結(jié)構(gòu)聲傳遞的重要通道，敷設(shè)約束阻尼材料可抑制結(jié)構(gòu)噪聲的傳遞，有效降低非聲源艙室的噪聲。

3）與傳統(tǒng)的阻尼材料均勻布置方式相比，優(yōu)化后的阻尼材料布置可顯著提高單位阻尼質(zhì)量的降噪效果。

本研究結(jié)果可為艙室噪聲阻尼控制中阻尼材料敷設(shè)位置和厚度的選擇提供可靠的分析方法，并為其聲學設(shè)計提供指導。

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Damping layout optimization for ship's cabin noise reduction based on statistical energy analysis

WU Weiguo1，WEI Jiezheng1，LIN Yongshui2，F(xiàn)AN Mingwei3，Gan Jin1
1 School of Transportation，Wuhan University of Technology，Wuhan 430063，China 2 Department of Mechanics and Engineering Structure，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China 3 China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

An optimization analysis study concerning the damping control of ship's cabin noise was carried out in order to improve the effect and reduce the weight of damping.Based on the Statistical Energy Analysis(SEA)method,a theoretical deduction and numerical analysis of the first-order sensitivity analysis of the A-weighted sound pressure level concerning the damping loss factor of the subsystem were carried out.On this basis,a mathematical optimization model was proposed and an optimization program developed.Next,the secondary development of VA One software was implemented through the use of MATLAB,while the cabin noise damping control layout optimization system was established.Finally,the optimization model of the ship was constructed and numerical experiments of damping control optimization conducted.The damping installation region was divided into five parts with different damping thicknesses.The total weight of damping was set as an objective function and the A-weighted sound pressure level of the target cabin was set as a constraint condition.The best damping thickness was obtained through the optimization program,and the total damping weight was reduced by 60.4%.The results show that the damping noise reduction effect of unit weight is significantly improved through the optimization method.This research successfully solves the installation position and thickness selection problems in the acoustic design of damping control,providing a reliable analysis method and guidance for the design.

cabin noise； Statistical Energy Analysis(SEA)； acoustic damping;noise reduction；optimization design;secondary development

U661.44

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2017.04.007

http://kns.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20170727.1025.024.html期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

吳衛(wèi)國，魏杰證，林永水，等.基于統(tǒng)計能量分析的船舶艙室阻尼降噪布置優(yōu)化［J］.中國艦船研究，2017，12（4）：41-48.

WU W G，WEI J Z，LIN Y S，et al.Damping layout optimization for ship's cabin noise reduction based on statistical energy analysi［sJ］.Chinese Journal of Ship Research，2017，12（4）：41-48.

2017-02-28< class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時間：

時間：2017-7-27 10:25

國家部委基金資助項目

吳衛(wèi)國，男，1960年生，教授，博士生導師。研究方向：結(jié)構(gòu)安全性、可靠性與舒適性。

E-mail：maijt@163.com

林永水（通信作者），男，1983年生，博士，講師。研究方向：船舶振動噪聲預報與控制。

E-mail：peakspylin@163.com