船舶機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)中傳導(dǎo)函數(shù)的應(yīng)用研究

張以貴

摘 要：隨著我國水運(yùn)的不斷興起，對船舶遠(yuǎn)、近機(jī)械噪聲進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)的預(yù)報(bào)，對于確保船舶結(jié)構(gòu)安全，維護(hù)船舶的正常航運(yùn)有著十分重要的意義。為此，本文依據(jù)船舶機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)系統(tǒng)的響應(yīng)傳導(dǎo)特性，構(gòu)建了響應(yīng)-響應(yīng)傳導(dǎo)函數(shù)模型，通過該傳導(dǎo)函數(shù)模型的應(yīng)用，彌補(bǔ)了以往力-響應(yīng)傳遞函數(shù)模型在進(jìn)行機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)時(shí)的響應(yīng)不足問題。同時(shí)，借助理論來進(jìn)一步推導(dǎo)出機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)時(shí)的相關(guān)約束條件，并依據(jù)工況聯(lián)合法來對傳導(dǎo)函數(shù)進(jìn)行求解，以此深入研究傳導(dǎo)函數(shù)在船舶機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)中的相關(guān)應(yīng)用。最后，利用船舶的雙層圓柱殼體模型對傳導(dǎo)函數(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：船舶 機(jī)械噪聲預(yù)報(bào) 傳導(dǎo)函數(shù) 水運(yùn)

1.引言

近年來，我國越來越重視水運(yùn)發(fā)展，這也使船舶數(shù)量不斷增多，水運(yùn)交通也變得日益繁榮，特別是在珠江地區(qū)，水運(yùn)更是在很大程度上帶動(dòng)了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。由于船舶的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這也使船舶在運(yùn)行過程中會(huì)難以避免的發(fā)生故障，而故障發(fā)生的最主要表現(xiàn)便是大量機(jī)械噪聲的產(chǎn)生，對船舶機(jī)械噪聲進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)的預(yù)報(bào)，對于保障船舶航行安全、維護(hù)水運(yùn)暢通有著十分重要的意義。在以往的船舶機(jī)械噪聲預(yù)測方法中，主要是以解析法與數(shù)值法為主，但這兩種方法卻存在一定的限制，這也使其在對機(jī)械噪聲進(jìn)行預(yù)報(bào)時(shí)存在響應(yīng)不及時(shí)、預(yù)測結(jié)果不精確等問題，這無疑會(huì)給船舶的水運(yùn)安全帶來不利影響。因此，必須要對這些預(yù)測方法進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，以此更加精確及時(shí)的實(shí)現(xiàn)船舶機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)。

2.船舶機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)中的傳導(dǎo)函數(shù)法分析

在船舶機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)中，主要是對其水下結(jié)構(gòu)中的輻射聲進(jìn)行計(jì)算，目前針對船舶水下結(jié)構(gòu)的輻射聲計(jì)算方法主要包括三種，分別是數(shù)值法、解析法與實(shí)驗(yàn)測量法，雖然這三種計(jì)算方法都能夠?qū)Υ暗臋C(jī)械噪聲進(jìn)行準(zhǔn)確的評估，但數(shù)值法和解析法在應(yīng)用過程中卻會(huì)受到一定程度的限制，這可能會(huì)影響到評估結(jié)果。因此，相比之下，實(shí)驗(yàn)測量法則無疑更能體現(xiàn)出其應(yīng)用優(yōu)勢。在實(shí)驗(yàn)測量法中，主要是利用傳導(dǎo)函數(shù)來對船舶機(jī)械噪聲進(jìn)行計(jì)算與評估的，其在對傳導(dǎo)函數(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，首先是依據(jù)人工激勵(lì)實(shí)驗(yàn)來得到相應(yīng)的傳導(dǎo)函數(shù)（FRF），然后利用傳導(dǎo)函數(shù)，并結(jié)合船舶的實(shí)際工況來對結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生作用的激勵(lì)力進(jìn)行識(shí)別，最后再將識(shí)別出的激勵(lì)力與傳導(dǎo)函數(shù)進(jìn)行乘積，即可求出船舶的遠(yuǎn)場機(jī)械噪聲。不過，由于測量設(shè)備及方法等方面的限制，致使實(shí)際工況下的結(jié)構(gòu)激勵(lì)力很難得出，因此可以考慮避開激勵(lì)力的求得步驟，通過明確對系統(tǒng)中各個(gè)點(diǎn)之間的傳遞關(guān)系，同樣可以求出預(yù)報(bào)評估結(jié)果。這是因?yàn)樵诩s束條件一定的情況下，船舶的遠(yuǎn)近場目標(biāo)點(diǎn)之間的傳遞關(guān)系是不變的，所以可以依據(jù)這種傳遞關(guān)系和參考點(diǎn)響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場目標(biāo)點(diǎn)的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。在對響應(yīng)-響應(yīng)之間的傳遞關(guān)系和力與響應(yīng)之間的傳遞關(guān)系進(jìn)行區(qū)分時(shí)，可將約束條件一致情況下的系統(tǒng)響應(yīng)之間的傳遞關(guān)系稱作傳導(dǎo)函數(shù)，這種方法便是傳導(dǎo)函數(shù)法。

3.船舶機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)中傳導(dǎo)函數(shù)的應(yīng)用

3.1傳導(dǎo)函數(shù)的推導(dǎo)研究

3.2傳導(dǎo)函數(shù)的求解研究

通過分析可以了解到，頻率ω的函數(shù)便是傳導(dǎo)函數(shù)T，而頻率ω中激勵(lì)力所產(chǎn)生的作用力便可由F（ω0）表示，由于傳導(dǎo)函數(shù)T同樣是頻率的倍頻函數(shù)，因此又可將傳導(dǎo)函數(shù)T表示為T（ω0），T（2ω0），T（3ω0）...，對于預(yù)報(bào)系統(tǒng)中的寬帶激勵(lì)來說，可將其寬帶傳導(dǎo)函數(shù)進(jìn)行分解，使其成為T（ω1），T（ω1+1），T（ω1+2），T（ω1+3），...T（ω2），然后對這些分解后的傳導(dǎo)函數(shù)進(jìn)行逐一的求解。在對傳導(dǎo)函數(shù)進(jìn)行求解過程中，最重要的便是對船舶的不同工況進(jìn)行設(shè)置，這樣才能得到多組與線性無關(guān)聯(lián)性的激勵(lì)力?？梢詫⒋肮ぷ鬟^程中某一頻率下的全部設(shè)備進(jìn)行逐一開啟，也可以通過遍歷的方式對設(shè)備的開啟進(jìn)行不同組合，然后采用工況聯(lián)合法來對不同線性無關(guān)工況下的傳導(dǎo)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，以此達(dá)到對船舶遠(yuǎn)場機(jī)械噪聲進(jìn)行響應(yīng)計(jì)算的目的。

3.3傳導(dǎo)函數(shù)在機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

通過上文中對傳導(dǎo)函數(shù)的應(yīng)用條件和求解方法的研究，可以明確傳導(dǎo)函數(shù)在船舶機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)中的具體應(yīng)用流程：首先，對船舶中所有的機(jī)械設(shè)備依據(jù)其相應(yīng)的工作頻率進(jìn)行分組，然后對不同工作頻率中開啟的機(jī)械設(shè)備數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其次，對不同工作頻率中的參考點(diǎn)具體位置及其數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。再次，在待測區(qū)域中的目標(biāo)點(diǎn)處設(shè)置水聽器，然后對多組與線性無關(guān)聯(lián)的工況進(jìn)行訓(xùn)練試驗(yàn)，進(jìn)而可以得到待測區(qū)域中不同工作頻率下目標(biāo)點(diǎn)及參考點(diǎn)的傳導(dǎo)函數(shù)，然后將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。最后，根據(jù)航舶在水運(yùn)過程中依據(jù)參考點(diǎn)中的數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)庫中的傳導(dǎo)函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，并利用傳導(dǎo)函數(shù)與激勵(lì)力的乘積來得到船舶遠(yuǎn)場的機(jī)械噪聲，然后根據(jù)機(jī)械噪聲的預(yù)報(bào)結(jié)果來采取針對性的措施來降低機(jī)械噪聲所帶來的不利影響。

4.船舶機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)中傳導(dǎo)函數(shù)的應(yīng)用效果驗(yàn)證

利用船舶的雙層圓柱殼體模型來對傳導(dǎo)函數(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證，該雙層圓柱殼體模型的外部直徑為1.1m，內(nèi)部直徑為1m，殼體總長度為2m，在外徑中隨機(jī)設(shè)置有一待測目標(biāo)點(diǎn)，在殼體內(nèi)部則設(shè)置有兩個(gè)激振器、一個(gè)加速度計(jì)和一個(gè)電機(jī)。本次驗(yàn)證目的是為了對傳導(dǎo)函數(shù)法在應(yīng)用過程中的實(shí)用性與科學(xué)性進(jìn)行檢驗(yàn)，對殼體模型中的加速度響應(yīng)實(shí)施預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，在該殼體模型中，其實(shí)驗(yàn)場所采用半消聲室，以此獲得相應(yīng)的傳導(dǎo)函數(shù)，并求出半消聲環(huán)境下的機(jī)械噪聲。驗(yàn)證結(jié)果表明，在船舶機(jī)械噪聲預(yù)報(bào)中應(yīng)用傳導(dǎo)函數(shù)具備三大優(yōu)勢，其一，傳導(dǎo)函數(shù)在1/3倍的頻程預(yù)報(bào)中要比單頻點(diǎn)好的多；它能夠?qū)Ω黝愵l點(diǎn)測量過程中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行一定程度的抵消；其二，應(yīng)用傳導(dǎo)函數(shù)來進(jìn)行預(yù)報(bào)，其預(yù)報(bào)精度要更高，特別是在低頻段預(yù)報(bào)中的結(jié)果，其精度要明顯優(yōu)于高頻率預(yù)報(bào)結(jié)果；其三，可將外殼聽水器中的數(shù)據(jù)當(dāng)作參考響應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而使其獲得的預(yù)報(bào)結(jié)果要比加速度計(jì)的測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，并且當(dāng)實(shí)際結(jié)構(gòu)和加速度計(jì)的軸線不符時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生具體的測量誤差。

5.結(jié)語

總而言之，對船舶的機(jī)械器械聲進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)的預(yù)報(bào)，對于促進(jìn)我國船舶水運(yùn)的發(fā)展有著十分重大的意義，其不僅能夠使船舶的水運(yùn)環(huán)境得到明顯改善，還能使船舶的機(jī)械性能更加強(qiáng)大，進(jìn)而提高了船舶機(jī)械結(jié)構(gòu)的安全性能，使船舶在水運(yùn)過程中更能保障人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。在水運(yùn)交通壓力不斷增大的形勢下，只有充分應(yīng)用傳導(dǎo)函數(shù)模型來對船舶的機(jī)械噪聲進(jìn)行預(yù)報(bào)，使傳導(dǎo)函數(shù)模型能夠?qū)Υ皺C(jī)械噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)算，才能進(jìn)一步使船舶在水運(yùn)過程中變得更加安全、可靠。

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