海洋平台噪声分析.doc

武汉理工大学毕业设计（论文）

目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1研究背景[15] 1
1.2海洋平台噪声概述[10] 1
1.2.1噪声的物理量度 1
1.2.2海洋平台噪声源 3
1.2.3海洋平台噪声传播路径 4
1.3国内外海洋平台噪声预报研究进展与发展趋势[6][7] 4
1.3.1国内外能量统计分析法研究进展 4
1.3.2发展趋势与研究展望 5
1.3.3 海洋平台噪声预报的研究现状 6
1.4 本文的主要内容 6
第二章 统计能量法基本原理及VA One软件 7
2.1统计能量分析法基本理论 7
2.1.1统计能量分析法基本含义 7
2.1.2 统计能量分析法基本方程 8
2.1.3 统计能量分析法的基本参数 9
2.2 VA One软件介绍[12] 10
2.2.1 简介 10
2.2.2 VA One模型的建立过程 11
2.3 本章小结 12
第三章 海洋平台高频段舱室噪声预报 13
3.1 建立海洋平台SEA模型 13
3.2 高频段舱室噪声预报 15
3.3 本章小结 18
第四章 海洋平台舱室的噪声控制措施 19
4. 1噪声控制方法综述[8] 19
4.1.1噪声控制的一般原则 19
4.1.2海洋平台噪声控制的常用方法 19
4.1.3 吸声处理 21
4.1.4 隔声处理 22
4.1.5 消声器处理 22
4.1.6 隔振与阻尼减振 23
4.2 噪声控制研究 23
4.2.1 单层材料 24
4.2.2 双层材料 26
4.2.3 三层材料 27
4.3 本章小结 29
第五章 总结与展望 30
5.1 全文总结 30
5.2展望 30
参考文献 31
致 谢 33

32

摘 要
现如今，在我国战略发展上，海洋平台占据着重要的地位。海洋平台在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航等工作，其重要性不言而喻。对于海洋平台这样的大型复杂结构，除海上作业外，工人的起居也在上面。传统上重点考虑的是其安全性能，但是随着对工人生活环境的要求的提高，环境标准也相应出台,因此，在平台设计阶段就进行舱室噪声预报分析是非常有意义的。
VA One是将有限元分析、边界元分析、统计能量分析集成在一个模拟环境中的全频段振动噪声分析软件。本文介绍了有限元法统计能量法(SEA)基本原理和适用范围，并应用VA One软件实现了海洋平台舱室噪声问题的高频段预报分析。
简述了噪声控制问题的一般方法，应用VA One软件对不同层数的、由不同厚度与密度吸声材料组成的复合吸声材料进行了优化研究，并得到了相对较轻，吸声性能较佳的复合吸声材料，取得了良好的吸声效果。

本文的研究对如何应用SEA方法以及VA One软件进行声振研究、如何建立上层建筑结构的仿真分析模型、如何有效的在海洋平台的设计阶段对舱室进行减振降噪有一定的及参考价值。
关键词:SEA、VA One、海洋平台、噪声预报与控制

Abstract
More recently, offshore platforms play an important role in our strategy development. The importance of offshore platforms is self-evident for its application such as drilling，oil extraction，observation，navigation. As such a big and complex structure，offshore platforms carry on offshore operation and house workers as well. Traditionally safety of offshore platforms is a major consideration, however, environmental standards in terms of living conditions of workers has been released to improving working environment. So, it is significant to analyze noise and vibration of offshore platforms in design stage.
VA One is a software to analyze vibration and noise in full band，which integrate finite-element analysis，boundary element analysis and statistical energy analysis. This article firstly describes principles of Statistical Energy Analysis (SEA)ultimate and scope of its applications，and then to solve offshore platform cabin noise in high frequency section ，which make it possible to forecast high frequency section noise.
Describing the general method of noise control, and applying VA One software on different layers，different thickness and density Composite sound-absorbing materials，thus we get relevantly light，effective materials，which gains effective sound absorption.
The study of this article has something referential value for application of SEA and VA One to Vibration and Acoustic, modeling of structures of offshore platforms and reduction the vibration and noise effectively in design stage.

Key words: SEA, VA One, offshore platform, noise prediction and control

第一章 绪论
1.1研究背景[15]
石油、天然气，被人们称之为“工业的血液”，既是重要的能源，又是重要的战略物资。在工农业生产、国防军事及人们的日常生活中起着举足轻重的作用。目前，世界各国在海上寻找石油、天然气的活动正在向纵深发展，在海洋找油、找气的调查、勘探工作不断扩大，海底油气资源的勘探开发已成为沿海国家重要的经济活动内容。由于中国经济的高速发展对能源的需求和基于国家能源战略的考虑，发展海洋石油天然气工业是解决我国能源问题的主要途径之一。海洋平台是集油田勘探、油气处理、发电、供热、原油产品储存和外输、人员居住于一体的综合性海洋工程装备，是实施海底油气勘探和开采的工作基地。
对于海洋平台这样的大型复杂结构，除海上作业外，工人的起居也在上面。传统上重点考虑的是其安全性能，但是随着对工人生活环境的要求的提高，环境标准也相应出台，2000 年12 月开始实施的《海上固定平台的安全规则》就规定了平台各处噪声限值，这意味着在海上平台的设计时期就必须考察整个平台的噪声环境。
海上平台主体为钢结构，各部分通过焊接、铰接等方式连接，基本为一个整体。预测时可认为噪声主要来自于运作的机器，机器除对空气辐射噪声外，还因为其振动对周围地面产生影响，从而会通过结构传播能量。一般的厂区噪声预测，其密封场所相对独立，计算时只需考虑空气声传播，但是对于海上平台这种整体结构，密封场所的噪声主要来源于结构传播噪声，只考虑空气声传播的噪声预测方法在这种情况下已经不适用了，必须考察结构声传播的噪声影响
在以往海洋平台的设计时，大多是在已设计完毕的平台上采取各种降噪措施，一般只能解决局部问题，而且加大了制造成本。如果在设计初期阶段就考虑到声学设计要求，预先估算出平台舱室噪声级，便可以在设计阶段合理选择舱室位置，并事先合理布置减振吸声材料，提出改进措施，这样将有效降低制造成本。因此，在设计初期就对平台进行舱室噪声预报分析，并且事先合理布置减振吸声器材是有实际意义的。
1.2海洋平台噪声概述[10]
1.2.1噪声的物理量度
噪声是发声体做无规则振动时发出的声音，是由不同频率和强弱的声音所组成的，因此，可以使用声音的物理量来描述噪声。
（1）声压（p）、声功率（W）和声强（I）
介质压强的变化量称为声压，介质中有声场时的压强P与无声场时的压强P0之差即为声压。声压的大小反应的是声波的强弱，单位是帕斯卡，简称帕（Pa）。人耳对1KHz声音的可听阈（即刚刚能察觉到它的存在是的声压）约2×10-5Pa；微风轻轻吹动树叶的声音约2×10-4Pa；在房间内高声谈话声约为0.05到0.1Pa；交响乐演奏声（相距5m-10m处）约为0.3Pa；飞机的强力发动机发出的声音（相距5m处）约200Pa。
声功率指声源在单位时间内向外辐射的声能。声源声功率有时指的是和在某个频带的声功率，此时需要注明所指的频率范围。在噪声检测中，声功率指的是声源总声功率。单位为W。
声传播时也伴随着能量的传播。用单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的能量(声波的能量流密度)表示。声强的单位是瓦/平方米。声强的大小与声速成正比，与声波的频率的平方、振幅的平方成正比。
三者之间的关系如下：
I=p2ρv （1）
W=P2Sρv （2）
I=WS （3）
（2）声学量的级与分贝
19世纪，著名的心理学家韦伯（E.H.Weber）判断人耳对声音的感觉满足对数定律。20世纪初，声压测量，特别是通过换能后的声压测量逐渐被广泛采用，因为声压的范围很大，就采用了对数标准。用这种对数标准来度量声压、声强和声功率分别被称为声压级、声强级和声功率级，单位都是分贝（db）。
声压级用符号Lp表示，其定义为将待测声压有效值pe与参考声压pref的比值取常用对数，再乘以20，即：
Lp=20lgpepref（db） (4)
在空气中其基准值为pref=20μPa，在水中其基准值为pref=1μPa。
声强级LI是指在某一指定方向上的给定声强I与参考声强Iref的比值取常用对数，再乘以10，即：
LI=10lgIIref（db） (5)
在空气中其基准值为Iref=1pW/m2。
声功率级LW是声功率W与基准声功率Wref的比值取常用对数，再乘以10，即：
LW=10lgWWref（db） (6)
其基准值为Wref=1pW。
（3）噪声的频谱分析
频谱是在频率域上描述声音强度变化规律的曲线，一般以频率（或频带）为横坐标，以声压级（或声功率级）为纵坐标。工业噪声一般都是由各种频率和强度不同的成分杂乱无章的组成的，其频谱有连续谱、离散谱，也有二者的混合谱。为了了解噪声的成分和性质，进行频谱分析是十分必要的。
在一般情况下，对工业噪声没有必要逐一频率进行分析根据人耳对声音频率变化的反应，可以把可听声的频率范围按频程划分成频带。工程上常用的有1/1倍频程和1/3频程。倍程是两个频率之比为2：1的频程，其中心频率是上下限的几何平均值。1/3倍频程是把每一个倍程再分成3份。噪声测量中常用倍频程，目前通用的倍频程中心频带为31. 5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000,4000, 8000, 16000Hz，这十个频程可以把可听声全部包括进来，这样，就可以大大简化海洋平台噪声测量过程。
1.2.2海洋平台噪声源
对于海上平台这种整体化的复杂结构，上层建筑噪声预报与控制方面，传统的噪声分析程序已经不够用。虽然如此，但仍可以凭借船舶噪声预报与控制中的经验加以解决，根据船舶噪声预报的经验和实绩，本文主要考虑结构传播噪声和空气传播噪声对海洋平台上层建筑的影响。
（1）空气动力噪声
主要有通风机噪声和空调噪声。这类噪声是因为高速气流、不稳定气流以及由于气流与物体相互作用而产生的。不管是通风机噪声还是空调噪声，一般可以分成两种，空气动力源机械运转产生的噪声和管道气流再生噪声。主机的空气噪声主要指进排气系统直接辐射的噪声以及燃油在气缸内燃烧所产生的噪声。进气系统是主机(特别是柴油机)最强烈的噪声来源，往往决定着机舱内总噪声声压级，涡流、气柱脉动、气流阻塞以及废气涡轮中的气流旋转都是引起进气系统的空气噪声的主要原因。
（2）结构噪声
由以振动系统的一个或多个固有振动频率为主要组成部分所引起的噪声称为结构噪声。任何机械部件均有其固有的振动方式，不同的振动方式有相应不同的振动频率。而机件只由较低阶次的振动方式决定其振动特点，也就是在相同力的作用下，低阶次的振动幅度值较大，对机械和人的影响才大。振动的方式、频率与材料的物理性质、部件的结构形状和振动的边界条件有关。
由各种原因引起的海洋平台或其局部结构的振动，只要其频率范围在声频范围内，都会引起结构噪声。
发电机的振动引起的噪声从几十赫兹到几千赫兹，除了会引起海洋平台结构的振动噪声外，还会引起其他部件的噪声。这种噪声随着频率的增加会逐渐减小。
海洋平台总振动引起的变形会使壳板、木质盖板与其它附件之间产生摩擦使结构发出各种轧轧声以及一些部件的碰击声。
1.2.3海洋平台噪声传播路径
本文主要研究的噪声方式有两种：结构振动噪声传播和空气噪声传播。
海洋平台主体为钢结构，各部分通过焊接、铰接等方式连接，基本为一个整体。可认为噪声主要来自于运作的机器，机器除对空气辐射噪声外，还因为其振动对周围地面产生影响，从而会通过结构传播能量。一般的厂区噪声预测，其密封场所相对独立，计算时只需考虑空气声传播，但是对于海上平台这种整体结构，密封场所的噪声主要来源于结构传播噪声，除了考虑空气声传播的噪声，还必须考察结构声传播的噪声影响。
1.3国内外海洋平台噪声预报研究进展与发展趋势[6][7]
按现有的声学计算方法，难以采用单一方法实现对负责结构全频段的振动声学计算，因此需要对模型划分分析频段分为，在不同的频段内采用不同的分析方法。本文分析结构声传播的是基于统计能量法，并应用VA One分析软件进行舱室噪声的预报。VA One是将有限元分析、边界元分析、统计能量分析以及FE-SEA混合分析集成在一个模拟环境中的全频段振动噪声分析软件。统计能量方法适用于中低频以上所有频率的声学特性分析，能够有效的解决结构振动对外辐射产生的噪声问题。
1.3.1国内外能量统计分析法研究进展
统计能量分析法(Statistical Energy Analysis简记作SEA)是受电路中的热噪声问题的启发，由Lyon率先提出的解决结构高频振动的分析方法。Lyon总结了1962年以来的统计能量分析研究和应用成果，并对统计能量分析未来的研究问题进行了探索，于1975年出版《Statistical Energy Analysis of Dynamical System:Theory and Application》一书，被认为是一部关于统计能量分析的重要著作。在国内，统计能量法方面的著作有《振动系统的统计能量分析方法》(姚德源，北京工业学院出版社，1986年)和《结构耦合动力学的统计能量分析与应用》(王其政，航天部七零二所，1990年)，为了能充分反映出统计能量分析这一新领域的科研、工程应用和教学成就，他们通力合作，出版了《统计能量分析原理及其应用》。
在70年代中期以后，国外相继出现了用统计能量分析预示声振环境的计算机,如在70年代末80年代初，美国NASA的Goddard飞行中心与Lockheed公司等几个单位合作研制了《声振有效载荷环境预示系统(VEPEPS)》，欧洲宇航局研制出了《通用SEA预示程序(GENSTEP)》。统计能量分析经过80年代的继续发展和扩大应用，美国的Cambrige Callaberative公司研制出了SEAM软件，McDonnel Dougals公司业研制出了Cosmic SEA软件以及美国Vibro-Acoustic Sciences公司研制的等。航天部七零二所和北京理工大学于90年代初分别研制出了《声振环境预示系统》软件和《预示飞行器高频动力响应》软件。现还在继续扩大研究和应用范围。
国内学者在汽车、海洋平台、航天等方面对统计能量分析都做了相应的研究。叶武平应用SEA方法对整车噪声问题进行了研究，楼红伟对海洋平台出海管路系统的噪声振动及声辐射进行研究，表明水流在受到外界激励时，管壳弹性振动的噪声相对于管口辐射来说是低的。刘玉友对轮齿啮合噪声经过空气传播到齿轮箱，再向外传播的过程进行研究，指出经过空气传的噪声在总体噪声中占重要成分。刘小平用统计能量法预示导弹仪器舱的动力学环境，建立包括圆柱壳陀螺组合与内声场的3个子系统的统计能量模型，以飞行器高速飞行时的紊流边界层脉动压力引起的气动噪声作为激励源，对超音速导弹平飞阶段的结构加速度响应和声空间声压进行预测，与实验结果符合较好。统计能量法在抗冲设计中也得到了很多应用，宋宝丰对包装件受到冲击载荷时的瞬态冲击响应进行了分析，得到简化条件下两子系统受冲击载荷时的瞬态响应能量的表达式，并由此得到响应速度、加速度等，为非破坏性预测产品机冲击脆值提供了参考。
1.3.2发展趋势与研究展望
统计能量分析法从“统计”的观点出发忽略了船舶建造的许多具体细节，为解决船舶的早期振动与预测噪声提供了很好的解决办法。
然而在实际工程应用中，运用统计能量分析法预测结构的振动与声响应受到了限制，其主要原因是:对于复杂机构的SEA参数，很难采用理论方法获得:经典统计能量分析的非保守、弱祸合条件往往无法满足;在感兴趣的频域内，常常不满足统计假设的要求;不能预测子系统的某个局部位置的精确响应。国内外的学者在这些方面做了大量的研究工作，取得了显著的效果，随着对经典统计能量分析限制条件的不断放宽，其应用将更广泛。
统计能量法在船舶的应用中也有许多问题需要解决。
（1）多激励源激励相关性船舶中多激励源存在源之间的相关性，相关激励源的能量不再是简单相加关系，同频信号的相位关系使某些激励增强，某些激励减弱。这种相关性不仅取决于力源间的互功率谱密度，还取决于它们的传递响应函数矩阵。
(2)非保守祸合问题目前基于阻抗导纳法的非保守祸合统计能量解法，只是针对两子系统的，对于多子系统非保守统计能量法问题需要进一步研究。
(3)非线性因素的影响船舶降噪中，很多隔振元件都具有非线性特性，这些非线性元件使隔振器两端的能量流的频谱特性不再一一对应，有时一边的单频信号发生频率发散现象。对于非线性元件连接系统功率的研究目前还没有相关资料报道。
(4)实验方法由于船体体积庞大，真实实验很困难。张建提出的实验统计能量分析法为船舶的相似性研究提供了很好的参考。但统计能量的相似理论还很不完善，例如:如何在尺寸改变后保证子系统仍然具有足够高的模态密度和不变的耦合损耗因子。
1.3.3 海洋平台噪声预报的研究现状
近几年来，国内外许多专家和学者对噪声预报与控制在工程中的应用做了大量的研究，但是对海洋平台上层建筑噪声的研究却很少，在上层建筑噪声的研究中，仍凭借船舶噪声研究的经验和实绩加以应用。王滇庆[20]在海洋平台生活模块噪声控制和预测中，借助船舶噪声研究的经验对生活模块进行了研究；王凡[15]分别基于统计能量分析软件AutoSEA和声线法的SoundPLAN软件，对海洋平台噪声传播进行分析；文献[18]应用统计能量法对高频声振环境响应进行计算；孙明赞[19]对FPSO生活区舱室进行噪声预报，并分析噪声传播途径，进而进行降噪研究。
1.4 本文的主要内容
本文主要根据某海洋平台设计图纸和设计参数进行建模，并使用VA One软件对高频段舱室进行噪声预报，从而进行声学优化，在一定程度上控制噪声。主要内容分为一下几个方面：
（1）介绍统计能量法原理及VA One软件的基本特性和功能；
（2）应用VA One软件建立模型，在高频段内预报海洋平台舱室噪声声压级；
（3）介绍噪声控制方法，应用VA One软件对舱室进行噪声控制，并进行仿真计算。

第二章 统计能量法基本原理及VA One软件
2.1统计能量分析法基本理论
自从上世纪60 年代美国麻省理工学院的R. H.Lyon、G. Maidanik 和英国的P. W. Smith Jr.等学者提出统计能量分析(Statistical Energy Analysis, SEA)理论以来，经过50 多年的发展, 该理论被广泛地应用到了航空航天、海洋平台潜艇、车辆、动力系统和建筑等各种领域的声振环境预测上，取得了丰硕的成果。SEA 方法的核心思想是忽略被研究系统的细节，对其随机参量进行时域、频域和空间统计，用统计参量来描述系统，并用能量这一独立、通用的参量将各种动力学系统联系在一起。
统计能量分析的建模是以板、梁、壳等为基本单位进行建模的，其特点是能够方便地调整参数，对于物理模型可以快速建立并修改，计算更加精确。
2.1.1统计能量分析法基本含义
统计能量分析的“统计”是指允许有效粗略的系统模型参数，也就是说所研究的系统对象是从用随机参数描述的总体中抽取出来的。“能量”的意义是用能量描述各种动力学子系统的状态，使用功率流平衡方程描述耦合子系统间的相互作用关系，使用能量作为能量统计分析中独立的动力学变量统一处理固体结构和流体声场间的耦合动力学问题。从而沟通传统机械振动与声学间的联系。“分析”的愿意在于统计能量分析模型参数都是该动力学系统的几何与材料特性的函数。强调统计能量分析是解决复杂结构耦合动力学问题的一种分析方法。
在建立统计能量分析模型时，有以下普遍的基本假设:
（1）在模型中的各子系统之间的耦合是线性的，守恒的耦合，即这些耦合都是弹性耦合、惯性耦合或者回转力耦合，不存在非保守性质的耦合特征。
（2）能量是在所研究频带内各个具有共振频率的结构之间流动的。
（3）随即激励在统计上是独立的，所以具有模态非相干性，并可以应用线性相加原理。
（4）在给定的子结构中，给定频带内所有共振模态之间能量等分。
（5）互易性原理适用于不同子结构间。
（6）任两个子结构间的能量流与振动时耦合的子结构间的实际能量差成正比。
2.1.2 统计能量分析法基本方程
统计能量分析法是将能量守恒方程应用与每一个子系统，即子系统消耗的能量加上传递给其它子系统的能量，应等于输入给该子系统的能量。如图2-1所示为两个相互祸合的线性单自由度振子系统，其能量平衡方程可以用下式表示:
P1=ωη1E1+ωη12n2E1n1-E2n2 （7）
P2=ωη2E2+ωη21n2E2n2-E1n1 （8）
其中ω是分析带宽内的中心频率，Pi是时间平均上的输入能量，Ei、ni、ηi、分别是i系统的能量、模态密度和内损耗因子，nii是振动能量从i系统传至j系统的耦合损耗因子。

图2.1 简单的SEA系统
对于具有k个子系统的系统，其能量平衡方程为
η1+i=1kη1in1-η12n1-η12n2η2+i=2kη2in2⋯-η1kn1-η2kn2⋮⋱⋮-ηk1nk…⋯ηk+i=1kηkinkE1n2E1n2⋮⋮E1n2

=1ωP1P2⋮⋮Pk （9）
只要获得输入功率、模态密度、损耗因子，就能求解方程获得子系统能量E，由子系统能量E求解工程量。
对于每个结构、声学的子系统而言，其振动速度为
v2=EM （10）
其中，M为子系统质量
其声压为
p2=Eρc2V （11）
其中，V为子系统体积，ρ为介质密度，c为声速
2.1.3 统计能量分析法的基本参数
（1输入功率
统计能量分析法中，输入功率是一个重要的参数。通常情况下，是使用的规定的频率带宽，在VA One中，其默认的是三分之一倍频程，输入功率的方式也有很多，可以分为点源、线源和面源三种输入功率。
（2）模态密度
模态密度是描述振动系统贮存能量大小的物理量。无论是在确定相关公式还是实验测量方法上，都有着非常重要的意义。对于一些简单的子系统，模态密度计算公式如下表：
表2.1 简单子系统的模态密度计算公式

N（k）
N（ω）
N（ν　）
N（f）
一维杆纵向振动的模态密度
1π
1πCl
1π
2lCl
梁横向振动的模态密度
1π
1πCg
ClπCg
lCB
二维板振动的模态密度
ApKB2π
Ap4πRCl
Ap4πRl1
Ap2RCl
声场的模态密度
V0K22π2
ω2V02π2Ca3
—
—
其中，Cl为纵波速,CB为弯曲波速,Cg群速度,Ca为声速,K为波数,KB为纵波数,Ap=l1l2为平板表面积,R是平板回转半径。
（3）内损耗因子
内损耗因子指的是子系统在单位频率内单位时间损耗的能量与平均存储能量之比，表示的是子系统阻尼损耗特性。在统计能量分析法中，内损耗因子一般由内摩擦结构损耗因子、声辐射阻尼损耗因子和边界连接阻尼损耗因子构成。
（4）耦合损耗因子
耦合损耗因子是用来表示当一个系统附接于另外一个系统是的功率流或者阻尼效应的量。点、线、面的耦合因子,如下表：
表2.2 耦合损耗因子表达式
点连接
2R1R2πωn1（ω）Z1+Z22
线连接
lCgπωA1τ12
面连接
cAp4ωV1τ12
其中，R1、R2为点输入阻抗实部，l为连接长度，A1为板1面积，τ12为传导系数，Ap为连接面面积，V1为空间1的体积。
2.2 VA One软件介绍[12]
2.2.1 简介
VA One是2005年由法国ESI集团推出的振动噪声分析软件，被工业界专家认定为是振动噪声工程近二十年来最重大的突破，它集成了高频段分析软件AutoSEA2、适用于低频段有限元分析的Nastran求解器、适用于边界元分析的Rayon求解器，以及基于FE-SEA混合方法的中频段求解器，使得它可以求解全频域范围内的振动噪声问题。
（1） 低频结构振动及噪声分析功能
VA One具有低频结构振动和噪声分析的综合性功能，专门用来分析三维复杂结构在机械和声学载荷下的振动噪声特性，能够解决耦合和非耦合的问题。它包含了一整套集成的强大的计算结构声学技术，包括：间接边界元法（Indirected BEM）和有限元法（FEM）。其中，边界元法可以解决外声场辐射的问题；有限元法可以解决内声场的问题。此外，VA One还提供了BEM-FEM混合方法作为补充，将上述两种技术相结合，来找到针对工程实际问题的最合适的方法。这样将各种技术结合的方法也同时让用户获得最多的关于结构振动和噪声方面的信息：空腔模态参数、流固耦合响应、向外部流体的声波辐射等物理量。
（2）高频结构振动及噪声分析功能
VA One软件的高频分析功能的完全集成了振动噪声领域著名软件AutoSEA2，利用该软件的统计能量分析（SEA）的分析方法来降低设计噪声和振动。
高频SEA分析方法从能量的角度来分析复杂结构在外载荷作用下的响应。它从某种程度上忽略了结构的具体细节, 同时也很好地解决了声场与结构间的耦合问题。对于受高频、宽频带随机激励的复杂结构动力响应问题, 用VA One SEA可以有效的加以解决，并且可以在产品的早期研发阶段发现设计中潜在的噪声和振动问题，避免重复设计，有效降低成本。
经过三十多年的不断发展，很多公司已经发现SEA是解决噪声和振动问题的有效方法，特别是AutoSEA推向市场以后，带给用户第一个易于使用的SEA工具，具有简单的图形界面。VA One高频分析功能，继承了AutoSEA的优势，以前要经过数天才能建立的复杂模型，利用VA One SEA可以在几分钟内建立起来。
中频结构振动及噪声分析耦合求解功能
在低频段，结构中波的波长与结构尺寸相差无几或者较大时，通常最好采用有限元方法（FE）进行模拟。在高频段，结构中波的波长与结构尺寸相比非常小，最好采用统计能量分析（SEA）方法进行模拟。在中频段，只采用FE方法或者SEA方法都不能很好的描述整个系统，需要将FE方法和SEA方法结合起来，建立混合模型（Hybrid Model）来描述整个系统，采用耦合求解器进行分析。VA One是目前唯一能够进行Hybrid Model建模和分析商业软件。
VA One软件被广泛应用于航空航天行业、海洋平台行业、汽车行业、轨道交通，均用以研究其噪声的预报以及有效地控制。
2.2.2 VA One模型的建立过程
首先将已有的系统CAD或FE模型导入的VA One中，也可以直接在Browser Window中建点，然后根据设计在导入的模型上选取点，建立系统或部分级别的声腔和结构子系统。
接下来是创建及应用各种物质、属性和参数。首先我们创建各种物质和各物质的物理属性，然后将这些应用于相应的子系统中。同时，还需要确定其他的一些参数，以保证各个子系统之间的耦合。
点击按钮“自动连接”将各个声学和结构子系统连接起来成为完整的系统。
定义噪声和振动激励，并将他们加载到系统中的正确位置，至此，声振仿真模型建立起来。最后求解计算模型，根据计算结果对结构进行有效的控制措施。

2.3 本章小结
（1）介绍统计能量分析法及其基本理论知识;
（2）从应用范围、应用过程和软件核心模块介绍了VA One软件的特点、功能，以及建模的基本步骤。

第三章 海洋平台高频段舱室噪声预报
3.1 建立海洋平台SEA模型
本文对海洋平台进行噪声预报的舱室主要是上层建筑的舱室，包括二人间、空调机室、电缆间、楼梯间、餐厅、储物间等等。海洋平台船体以及上层建筑外部均是用加筋钢板，上层建筑间的隔板则是采用的铝板，如表3.1。整个模型共有40个声腔，其中上层建筑有22个。SEA模型如图3.1。

图3.1 SEA模型

表3.1 加筋板材
加筋板名称
面板厚度（mm）
骨材
间距（mm）
船体加筋
30
T900×200×10
250
舱室外壁加筋
8
L140×27×8
50
舱室隔板加筋
5
L75×50×6
50
声源分为两部分，一个声源是发电机组，另外一个则是空调主机。这两个声源均考虑了结构振动和空气传播所引起的噪声。发电机额定功率为1600kw，额定转数1500r/min，频率50Hz；空调机组额定功率210kw。
在VA One中，激励的方式有一般采用以下几种：加速度、速度、力、功率。在本模型中，结构振动使用的是加速度级，空气传播噪声选取的是功率级。结构振动的激励是作用在甲板上，空气传播则是作用在舱室中机组所在位置附近的任意一点处。根据经验公式和查表[23]得激励，如图3.2—图3.5所示：

图3.2 发电机结构振动噪声 图3.3 发电机空气噪声

图3.4 空调结构振动噪声 图3.5 空调空气噪声
3.2 高频段舱室噪声预报
在统计能量分析法中，对频率的划分可分为高频、中频和低频。其中，模态数N大于5的属于高频段，即本文研究的对象。
如图3.6，N大于5所对应的频率为160Hz，所以可以得到这样的结论：上层建筑在160Hz时就处在高频段部分，所以将160Hz—8000Hz划分为高频段。

图3.6 海洋平台上层建筑各子系统模态数
图3.7~图3.24给出了从160Hz—8000Hz不同频率大小的海洋平台各舱室的声压级分布云图；图3.25给出了上层建筑各舱室的声压级频谱。

图3.7 160Hz各舱室声腔声压云图 图3.8 200Hz各舱室声腔声压云图

图3.9 250Hz各舱室声腔声压云图 图3.10 315Hz各舱室声腔声压云图

图3.11 400Hz各舱室声腔声压云图 图3.12 500Hz各舱室声腔声压云图

图3.13 630Hz各舱室声腔声压云图 图3.14 800Hz各舱室声腔声压云图

图3.15 1000Hz各舱室声腔声压云图 图3.16 1250Hz各舱室声腔声压云图

图3.17 1600Hz各舱室声腔声压云图 图3.18 2000Hz各舱室声腔声压云图

图3.19 2500Hz各舱室声腔声压云图 图3.20 3150Hz各舱室声腔声压云图

图3.21 4000Hz各舱室声腔声压云图 图3.22 5000Hz各舱室声腔声压云图

图3.23 6300Hz各舱室声腔声压云图 图3.24 8000Hz各舱室声腔声压云图

图3.25 高频段各舱室声腔声压级频谱
由声压云图和声压频谱图可知，靠近声源的舱室噪声较大，而距离较远的舱室噪声则逐渐减小；随着频率的增加，上层建筑各个舱室的声压级逐渐减小。160Hz—3150Hz为高频段舱室噪声的主要频率成分，3150Hz之后噪声明显减少。
3.3 本章小结
运用VA One软件建立了海洋平台SEA模型，在高频段对上层建筑各舱室进行预报并得到噪声声压级频谱图和各频段声压云图，从声压频谱图可知160Hz—3150Hz为高频段舱室噪声的主要频率成分，为下一章的噪声控制提供理论基础。

第四章 海洋平台舱室的噪声控制措施
4. 1噪声控制方法综述[8]
4.1.1噪声控制的一般原则
噪声控制设计一般应坚持科学性、先进性和经济性的原则。
所谓科学性，首先应正确分析发生机理和声源特性，是空气动力性噪声、机械噪声还是电磁噪声;是高频噪声还是中低频噪声，然后采取针对的控制措施。
控制技术的先进性是设计追求的重要目标，但应建立在有可能实施的基础上。有的技术但从噪声的控制来看很先进，但影响原有设备的技术性能，或经济上无法承受，这样的方案就不宜采纳。
经济上的合理性也是设计追求的标准之一。噪声污染属能量性污染，不是越低越好，控制到允许的标准值就可以了，有的采取一项措施就达到标准规定，有的需要同时采取几项措施，进行综合治理。
噪声控制的基本程序(如图4.1)应该是从声源特性调查入手，通过传播途径的调查和分析，降噪量的确定等一系列步骤再选定最佳方案，最后对噪声控制工程进行评价。
4.1.2海洋