船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法技术

本发明专利技术属于噪声预报领域，具体涉及一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法。首先获得船舶及海洋平台设备时域或频域载荷；然后建立船舶及海洋平台结构振动噪声分析有限元模型，将船舶及海洋平台设备时域振动信号a作为输入，合理控制时间增量步长Δt及模型计算时间Tt，开展船舶及海洋平台结构振动噪声仿真计算，得到船舶及海洋平台结构宽频响应x(t)，对该稳态响应进行FFT变换，得到船舶及海洋平台结构频域响应；再在此基础上，针对振动响应较大的频点及需重点关注的频点开展船舶及海洋平台主导传递路径分析，实现船舶及海洋平台宽频线谱振动噪声快速定量分析。该方法线谱捕捉能力强、求解效率及预报精度高，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法
本专利技术属于噪声预报领域，具体涉及一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法。
技术介绍
现有船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声预报流程多是基于波动理论或模态叠加理论分别在时域和频域内进行分析，该类方法具有分析直观等优点。但目前该方法应用于船舶及海洋平台结构振动噪声预报仍存在如下不足：1、现有船舶及海洋平台结构振动噪声预报主要基于波动理论或模态叠加理论分别在时域和频域内进行分析；在时域分析过程中，主要存在计算精度低、稳态时间长，且不能进行主导传递路径的定量分析；在频域分析过程中，则忽略了诸多非线性因素的影响，存在计算规模大、求解效率低、计算频带窄等弊端，且可能因计算步长选取不当而导致共振峰遗漏，出现所谓的“漏峰”现象，导致计算结果出现较大误差。2、针对船舶及海洋平台结构振动噪声预报，目前尚无行之有效的方法兼顾振动噪声预报精度和预报效率，且能进行振动噪声主导传递路径分析。因此，如能对时预分析法进行改进，并结合频域预报方法的优点，则可实现船舶及海洋平台宽频线谱振动噪声的定量预报，为船舶及海洋平台结构振动噪声特性分析提供方法依据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种线谱捕捉能力强、求解效率及预报精度高的船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法。一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法，具体包括如下步骤：步骤1、确定船舶及海洋平台结构噪声预报模型输入载荷，对于得到的设备基座处的时域激励载荷，无需对载荷进行变换，对于得到的设备基座处的频域激励载荷，需对该频域载荷进行FFT逆变换，将频域载荷转换为时域载荷；步骤2、基于有限元法建立海洋平台结构振动噪声截断预报模型，并对预报模型进行合理简化；步骤3、确定结构振动噪声时域预报的时间步长Δt；步骤4、确定结构振动噪声时域预报时间间隔Δt'；步骤5、确定结构振动噪声时域预报的计算时间Tt；步骤6、根据步骤1至步骤5确定的各项参数，基于有限元软件，将其输入到建立的有限元分析模型中，计算得到船舶及海洋平台结构振动噪声时域预报结果，对船舶及海洋平台结构振动噪声时域预报结果进行FFT变换，得到船舶及海洋平台结构频域预报结果；步骤7、在步骤6预报结果的基础上，针对船舶及海洋平台结构振动噪声响应大的频点及需要重点关注的频点，将步骤1获得的该系列频点下的频域载荷加载到船舶及海洋平台结构模型对应位置，开展船舶及海洋平台结构振动噪声主导传递路径分析，进而得到船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声响应。所述一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法，步骤2中所述船舶及海洋平台模型合理简化具体包括如下步骤：步骤1、结构的简化：对于基座结构，保障其阻抗一致，采用梁、板壳等简化；对于舱壁、甲板、船体板架等，保障计算频带结构阻抗一致，采用梁、板壳等简化；对于船体外板，保障其形状、阻抗与实船一致，采用梁、板壳等结构进行简化；对于其它结构，视其对船舶及海洋平台结构振动噪声的影响，在不影响船舶及海洋平台振动噪声特性的前提下对其进行合理简化；步骤2、设备、轴系等结构的简化，对于小尺度设备以质量点的形式加载到设备基座位置；对于大尺度设备则用等刚度、等质量简化模型，并将该简化模型建立在大尺度设备基座处；对于轴系，则以等质量、等刚度的梁或壳单元进行简化；步骤3、模型几何清理：对于强度贡献较小的柔性构件，如螺栓、小型肘板、短小型扶强材、刚度较小构件等在建模过程中予以忽略；平台结构中的减轻孔、突出构件等尺寸较小的结构即d<0.5m的结构予以忽略；步骤4、流场模型的简化：将船舶及海洋平台流场模型分为内流场和外流场，对于内流场需保障流固耦合、声固耦合特性，采用实体单元对液舱等内流场进行简化；对于外流场按下式进行尺度截断，并在截断处施加无反射边界条件，Rf≥max(D/2+0.2λ,2D)式中Rf为外流场半径，D为船舶及海洋平台结构最大直径；λ为最小预报频率对应的声波波长。所述一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法，步骤3中所述时域预报模拟中时间步长Δt应小于稳定时间步长，时间步长Δt按下式确定：式中Δx为有限元的最小尺寸，cmax为有限元介质的最大波速，α为经验系数，其数值大小在0～1范围内，通过试错法选取合适的经验系数即可求得所需的时间步长Δt。所述一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法，步骤4中所述时域数据采样时间间隔Δt'与系统响应分析频率上限fc应满足以下关系。所述一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法，步骤5中所述时域预报计算时间Tt根据下式确定：式中Δf为预报频率分辨率，Tt为预报时间，因此，为满足结构振动噪声响应分析精度，需控制时域预报的计算时间Tt，以达到振动响应预报精度的要求。所述一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法，步骤7中所述船舶及海洋平台结构振动噪声响应大的频点是指振动超过ISO6954_2000(E)的标准、噪声超过MSC.337(91)的标准的频点。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种针对船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声预报的评估方法，该方法结合了时预预报方法和频域预报方法的优点，具有线谱捕捉能力强、求解效率及预报精度高等优点，实现了船舶及海洋平台宽频线谱振动噪声的定量预报，为船舶及海洋平台结构振动噪声特性分析提供方法依据。附图说明图1为船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法流程图；图2为海洋平台时域激励载荷曲线图；图3为海洋平台频域激励载荷曲线图；图4为海洋平台结构及流场模型图；图5为海洋平台加载点及考核点示意图；图6为海洋平台1#考核点振动加速度传递函数图；图7为海洋平台2#考核点声辐射传递函数图；图8为284Hz下海洋平台1#考核点结构声辐射主导传递路径；图9为147Hz下海洋平台2#考核点结构振动主导传递路径。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述：为简化表述，本专利技术以某海洋平台为例，结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。如图1所示：本专利技术提供了一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法，其步骤如下：步骤1、确定船舶及海洋平台结构噪声预报模型输入载荷，当已得到设备基座处的时域激励载荷，则无需对载荷进行变换，当已得到设备基座处的频域激励载荷，则需对该频域载荷进行FFT逆变换，将频域载荷转换为时域载荷。本例中采用宽频带白噪声(主要成分为5-400Hz)激励，其时域激励载荷曲线如图2所示，经FFT变换后的频域载荷如图3所示。步骤2、基于有限元法建立海洋平台结构振动噪声截断预报模型，对预报模型进行合理简化。本例中以某海洋平台振动噪声预报模型为例，其结构及流场模型如图4所示，并将激励垂直施加在海洋平台基座上，加载位置及考核点如图5所示。步骤3、确定结构振动噪声时域预报的时间步长Δt，Δt按下式确定：式中Δx为有限元的最小尺寸，cmax为有限元介质的最大波速。α为经验系数，其数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1、确定船舶及海洋平台结构噪声预报模型输入载荷，对于得到的设备基座处的时域激励载荷，无需对载荷进行变换，对于得到的设备基座处的频域激励载荷，需对该频域载荷进行FFT逆变换，将频域载荷转换为时域载荷；步骤2、基于有限元法建立海洋平台结构振动噪声截断预报模型，并对预报模型进行合理简化；步骤3、确定结构振动噪声时域预报的时间步长Δt；步骤4、确定结构振动噪声时域预报时间间隔Δt'；步骤5、确定结构振动噪声时域预报的计算时间Tt；步骤6、根据步骤1至步骤5确定的各项参数，基于有限元软件，将其输入到建立的有限元分析模型中，计算得到船舶及海洋平台结构振动噪声时域预报结果，对船舶及海洋平台结构振动噪声时域预报结果进行FFT变换，得到船舶及海洋平台结构频域预报结果；步骤7、在步骤6预报结果的基础上，针对船舶及海洋平台结构振动噪声响应大的频点及需要重点关注的频点，将步骤1获得的该系列频点下的频域载荷加载到船舶及海洋平台结构模型对应位置，开展船舶及海洋平台结构振动噪声主导传递路径分析，进而得到船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声响应。...

【技术特征摘要】
1.一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1、确定船舶及海洋平台结构噪声预报模型输入载荷，对于得到的设备基座处的时域激励载荷，无需对载荷进行变换，对于得到的设备基座处的频域激励载荷，需对该频域载荷进行FFT逆变换，将频域载荷转换为时域载荷；步骤2、基于有限元法建立海洋平台结构振动噪声截断预报模型，并对预报模型进行合理简化；步骤3、确定结构振动噪声时域预报的时间步长Δt；步骤4、确定结构振动噪声时域预报时间间隔Δt'；步骤5、确定结构振动噪声时域预报的计算时间Tt；步骤6、根据步骤1至步骤5确定的各项参数，基于有限元软件，将其输入到建立的有限元分析模型中，计算得到船舶及海洋平台结构振动噪声时域预报结果，对船舶及海洋平台结构振动噪声时域预报结果进行FFT变换，得到船舶及海洋平台结构频域预报结果；步骤7、在步骤6预报结果的基础上，针对船舶及海洋平台结构振动噪声响应大的频点及需要重点关注的频点，将步骤1获得的该系列频点下的频域载荷加载到船舶及海洋平台结构模型对应位置，开展船舶及海洋平台结构振动噪声主导传递路径分析，进而得到船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声响应。2.根据权利要求1所述一种船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法，其特征在于，步骤2中所述船舶及海洋平台模型合理简化具体包括如下步骤：步骤1、结构的简化：对于基座结构，保障其阻抗一致，采用梁、板壳等简化；对于舱壁、甲板、船体板架等，保障计算频带结构阻抗一致，采用梁、板壳等简化；对于船体外板，保障其形状、阻抗与实船一致，采用梁、板壳等结构进行简化；步骤2、设备、轴系等结构的简化，对于小尺度设备以质量点的形式加载到设备基座位置；对于大尺度设备则用等刚度、等质量简化模型，并将该简化...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞福振，李海超，单衍贺，彭德炜，霍瑞东，杜圆，田宏业，刘江涛，李玉慧，于晨，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23