船舶舱室噪声传递路径分析方法技术

本发明专利技术公开了一种船舶舱室噪声传递路径分析方法，其包括：根据船舶图纸，建立统计能量分析模型；根据图纸和资料，设置统计能量分析模型中各个子系统的属性；计算各个子系统的内损耗因子以及子系统间的耦合损耗因子，建立整个系统的损耗因子矩阵；将损耗因子矩阵转化为路径效率矩阵，建立用于噪声传递路径分析的路径效率赋权图；使用最短路问题的算法，求解赋权图的前k条最短路径，即可获得从噪声源到目标舱室的前k条噪声能量传递路径。本发明专利技术可以在船舶设计初期完成舱室噪声传递路径分析工作，不仅克服只能在船舶建成后进行实船测试分析的局限性，还能为后续的降噪设计提供指导，对节省成本、减少空间和重量占用都有着明显的作用。

Analysis method of noise transfer path in ship cabin

【技术实现步骤摘要】
船舶舱室噪声传递路径分析方法
本专利技术涉及船舶
，特别涉及一种船舶舱室噪声传递路径分析方法。
技术介绍
传统的噪声传递路径分析是以测试为基础，即在激励点用激振器激励，测量系统的响应，然后计算系统的传递函数，继而完成定量分析。现有的公开报道多集中于汽车行业，船舶行业对噪声传递路径的研究相对较少。陈长盛等人(《船舶工程》2019年增刊2总第41卷)通过试验方法对电动机台架进行了振动传递路径分析，确定了力源振动的主要贡献路径；李文武等人(《噪声与振动控制》2019年2月第1期第39卷)对某型车的气动噪声和轮胎辐射噪声进行了噪声传递路径分析，确定了不同测点到驾驶员右耳的噪声传递特性。传统的噪声传递路径分析方法不适用于船舶舱室噪声预报和控制领域，原因在于：1、舱室噪声预报工作多在船舶设计初期进行，目的是在设计初期通过科学的声学设计降低舱室噪声水平，设计阶段无法进行实船测试；2、船舶尺度大、结构复杂、声源数量多，逐一测试需要耗费巨大的成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种船舶舱室噪声传递路径分析方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种船舶舱室噪声传递路径分析方法，其包括以下步骤：步骤1、根据船舶图纸，建立用于分析船舶舱室噪声的统计能量分析模型；步骤2、根据图纸和资料，设置统计能量分析模型中各个子系统的属性；步骤3、计算各个子系统的内损耗因子以及子系统间的耦合损耗因子，建立整个系统的损耗因子矩阵；步骤4、将损耗因子矩阵转化为路径效率矩阵，建立用于噪声传递路径分析的路径效率赋权图；步骤5、使用最短路问题的算法，求解赋权图的前k条最短路径，即可获得从噪声源到目标舱室的前k条噪声能量传递路径。较佳地，步骤1中，统计能量分析模型的子系统包括结构子系统和声腔子系统；每个结构子系统的模态群为三个，分别为弯曲方向的模态群、拉伸方向的模态群和剪切方向的模态群；每个声腔子系统为仅包括声腔模态群。较佳地，步骤3中，损耗因子矩阵的阶数为：3×结构子系统数量+声腔子系统数量。较佳地，步骤4中，将统计能量分析模型类比图论中的最短路模型，将噪声传递问题转化为图论中的最短路问题，统计能量分析分析模型的子系统就是图的顶点，统计能量分析模型中的连接就是图的弧，弧的方向由子系统间能量传递的方向决定；定义“路径效率”这一参数作为弧的权值，便可将舱室噪声的统计能量分析模型等效为有向赋权图，从而建立用于噪声传递路径分析的路径效率赋权图。较佳地，由n个子系统组成的单向能量传输路径，该路径的能量传输情况为：噪声源传输到子系统1，子系统1依次传输到子系统n；根据统计能量分析理论，对于子系统1～n，分别有如下平衡方程；式中，ηi是子系统i的内损耗因子；ηij是子系统i和j之间的耦合损耗因子，能量传递方向为自i至j；代表子系统i的内损耗因子和耦合损耗因子之和；P为外界对子系统1的输入功率，ω为分析带宽的中心频率，Ei是子系统i的能量。较佳地，定义路径效率为τij，有如下关系：较佳地，对于起点为m、终点n的路径，有如下关系：较佳地，统计能量分析模型包括由多个子系统组成的复杂能量传输路径；对于复杂能量传输路径的分析，可以采用权利要求6-7的分析步骤。较佳地，路径效率τij使用损耗因子来表征子系统之间的能量传输权重；当将其作为有向图的权时，噪声能量从起点s向终点t传递的最主要路径就是所有路径中的一条，其路径效率τ′st满足：τ′st＝max{τst}。较佳地，步骤5中，最短路问题的算法为Dijkstra算法和YEN算法。本专利技术的有益效果在于：本专利技术可在船舶设计初期分析舱室噪声的主要传递路径，为各种降噪手段的使用提供指导，可应用于各类船舶、海洋平台的噪声分析和降噪设计。本专利技术基于图论和统计能量分析方法，可以在船舶设计初期完成噪声能量传递路径分析工作，继而为后续的降噪设计提供指导。同时，在噪声的主要传递路径上采取降噪措施，可以用较少的降噪材料获得更好降噪效果，不仅提高经济性，还能减少空间和重量上的占用。附图说明图1为本专利技术较佳实施例的流程图。图2为本专利技术较佳实施例YEN算法流程图。图3为本专利技术较佳实施例的统计能量分析模型。图4为本专利技术较佳实施例的子系统编号图。图5为本专利技术较佳实施例的噪声能量自81号舱室向72号舱室传递的前5条路径图。具体实施方式下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本专利技术。如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种船舶舱室噪声传递路径分析方法，其包括以下步骤：步骤1、根据船舶图纸，建立用于分析船舶舱室噪声的统计能量分析模型。统计能量分析模型由统计能量分析方法建立。统计能量分析方法是目前成熟的方法，在此就不再赘述。步骤2、根据图纸和资料，设置激励源，设置统计能量分析模型中各个子系统的属性，包括材料属性、结构与声腔阻尼损耗因子等参数。步骤3、计算各个子系统的内损耗因子以及子系统间的耦合损耗因子，建立整个系统的损耗因子矩阵。步骤4、将损耗因子矩阵转化为路径效率矩阵，建立用于噪声传递路径分析的路径效率赋权图。步骤5、使用最短路问题的算法，求解赋权图的前k条最短路径，即可获得从噪声源到目标舱室的前k条噪声能量传递路径。步骤1中，统计能量分析模型的子系统包括结构子系统和声腔子系统。统计能量分析方法考虑了结构子系统在弯曲(Flexure)、拉伸(Extension)和剪切(Shear)三个方向上的动力学特性。每个结构子系统的模态群为三个，分别为弯曲方向的模态群、拉伸方向的模态群和剪切方向的模态群。每个声腔子系统只有一个模态群，该模态群为声腔模态群。由此，步骤3中，损耗因子矩阵的阶数为：3×结构子系统数量+声腔子系统数量。在现有运筹学领域，图论是运筹学的重要分支之一，许多复杂的工程问题都可以用图来描述。本专利技术中，将统计能量分析模型类比图论中的最短路模型，将噪声传递问题转化为图论中的最短路问题，便可用数学方法分析赋权图的本质，从而实现噪声传递路径分析。图论中最短路问题的一个简单的例子：将各个城市定义为点，将各个城市间的公路定义为点间的连线(也叫弧)，将公路的方向和距离标注在连线上，便得到能表示城市间运输网络的有向赋权图。求解有向赋权图便可得到两个城市间的最短路线。本专利技术中，将图论的思想引入统计能量分析问题，统计能量分析分析模型的子系统就是图的顶点，统计能量分析模型中的连接就是图的弧，弧的方向由子系统间能量传递的方向决定；定义“路径效率”这一参数作为弧的权值，便可将舱室噪声的统计能量分析模型等效为有向赋权图，从而建立用于噪声传递路径分析的路径效率赋权图。本专利技术定义“路径效率”作为权值，建立图和统计能量分析模型之间的联系，但是，还可以定义其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶舱室噪声传递路径分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n步骤1、根据船舶图纸，建立用于分析船舶舱室噪声的统计能量分析模型；/n步骤2、根据图纸和资料，设置统计能量分析模型中各个子系统的属性；/n步骤3、计算各个子系统的内损耗因子以及子系统间的耦合损耗因子，建立整个系统的损耗因子矩阵；/n步骤4、将损耗因子矩阵转化为路径效率矩阵，建立用于噪声传递路径分析的路径效率赋权图；/n步骤5、使用最短路问题的算法，求解赋权图的前k条最短路径，即可获得从噪声源到目标舱室的前k条噪声能量传递路径。/n

【技术特征摘要】
1.一种船舶舱室噪声传递路径分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1、根据船舶图纸，建立用于分析船舶舱室噪声的统计能量分析模型；
步骤2、根据图纸和资料，设置统计能量分析模型中各个子系统的属性；
步骤3、计算各个子系统的内损耗因子以及子系统间的耦合损耗因子，建立整个系统的损耗因子矩阵；
步骤4、将损耗因子矩阵转化为路径效率矩阵，建立用于噪声传递路径分析的路径效率赋权图；
步骤5、使用最短路问题的算法，求解赋权图的前k条最短路径，即可获得从噪声源到目标舱室的前k条噪声能量传递路径。


2.如权利要求1所述的船舶舱室噪声传递路径分析方法，其特征在于，步骤1中，统计能量分析模型的子系统包括结构子系统和声腔子系统；每个结构子系统的模态群为三个，分别为弯曲方向的模态群、拉伸方向的模态群和剪切方向的模态群；每个声腔子系统为仅包括声腔模态群。


3.如权利要求2所述的船舶舱室噪声传递路径分析方法，其特征在于，步骤3中，损耗因子矩阵的阶数为：3×结构子系统数量+声腔子系统数量。


4.如权利要求1所述的船舶舱室噪声传递路径分析方法，其特征在于，步骤4中，将统计能量分析模型类比图论中的最短路模型，将噪声传递问题转化为图论中的最短路问题，统计能量分析分析模型的子系统就是图的顶点，统计能量分析模型中的连接就是图的弧，弧的方向由子系统间能量传递的方向决定；定义“路径效率”这一参数作为弧的权值，便可将舱室噪声的统计能量分析模型等效为有向赋权图，从而建立用于噪声传递路径分析的路径效率赋权图。


5.如权利要求4所述的船...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵欣棠，许斐，张青敏，樊祥栋，何凯，
申请(专利权)人：上海船舶研究设计院中国船舶工业集团公司第六零四研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31