装船机结构振动噪声分析及控制技术研究

论文摘要

目前，对于装船机这种大型港口设备的研究主要集中在静力结构和强度方面，对其进行动态特性以及振动噪声的仿真分析和噪声控制的研究比较少见。而在装船机的使用过程中，由于机载传动系统引起的结构振动与噪声，严重地影响了设备的使用性能。某大型港口装船机卷扬机房结构振动与噪声则是现场存在的重要问题之一，因此对结构振动噪声仿真和控制技术进行研究具有重要的理论和实际意义。本文通过有限元法与边界元方法在商用软件平台的基础上，建立了SL6装船机卷扬机房声固耦合模型以及有限元—边界元振动噪声耦合模型，在低频振动噪声的预测、分析和控制方面做了比较系统的研究。首先，对装船机的卷扬机房结构及振动特性进行了理论与实验研究，在试验研究的基础上，分析了机房振源的频率特性，及结构振动与噪声的关系，推导了理想介质中小振幅声波的三维波动方程，为声固耦合分析奠定了理论基础。其次，采用有限元方法建立了SL6装船机卷扬机房有限元模型，空腔模型以及声-结构耦合模型，可实现对卷扬机房非声固耦合和声固耦合模态分析及外界激励下的动态响应分析，得出卷扬机房内的声场分布；此外还研究了机房壁板厚度、系统粘性阻尼系数以及壁板的吸声系数等参数的变化对卷扬机房动态特性和内部声场的影响。再次，在对卷扬机房声学边界元建模的基础上，引入有限元和边界元联合仿真的新方法，并引入面板声学贡献度的概念，计算了各壁板振动状态下对室内噪声的贡献度。在前面章节计算的基础上，对卷扬机房进行了阻尼材料和吸声处理，并对其结构进行了一定的修改，取得了一定的降噪效果，为工程实际中的振动和噪声控制提供了一定的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 声固耦合问题国内外研究现状
• 1.2.1 声固耦合问题概述
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内的研究情况
• 1.2.4 大型港口机械设备振动及噪声研究概况
• 1.3 课题的研究目的和意义
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 振动声学基础及装船机振动噪声概述
• 2.1 结构振动声学基础
• 2.1.1 多自由度系统的动态特性分析
• 2.1.2 声学基本概念和基本方程
• 2.2 装船机卷扬机房内部噪声
• 2.2.1 产生机理及传播途径
• 2.2.2 空腔共鸣
• 2.3 装船机动态特性实验研究
• 2.3.1 实验内容及测点分布
• 2.3.2 实验结果
• 2.4 结构振动噪声的分析方法
• 2.4.1 结构振动与噪声的解析
• 2.4.2 结构振动噪声预测的数值方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 卷扬机房声固耦合模态分析
• 3.1 卷扬机房结构有限元建模及其模态分析
• 3.1.1 卷扬机房有限元模型的建立
• 3.1.2 卷扬机房结构模态分析结果
• 3.2 卷扬机房声腔有限元建模及其模态分析
• 3.2.1 声腔有限元模型的建立
• 3.2.2 声腔模态分析结果
• 3.3 卷扬机房声固耦合模型的建立及其模态分析
• 3.3.1 卷扬机房声固耦合有限元模型的建立
• 3.3.2 卷扬机房声固耦合模态分析结果
• 3.3.3 壁板厚度对耦合模型固有特性的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 卷扬机房动态特性有限元分析
• 4.1 耦合模型频率响应分析
• 4.1.1 分析模型及边界条件
• 4.1.2 结构与声-结构耦合模型频率响应分析结果
• 4.1.3 声-结构耦合模型的声学响应结果分析
• 4.2 壁板厚度变化对声压的影响
• 4.3 粘性阻尼对室内噪声的影响
• 4.3.1 阻尼的物理特性
• 4.3.2 不同系统阻尼系数对噪声的影响
• 4.4 壁板吸声特性对噪声的影响
• 4.4.1 吸声特性
• 4.4.2 不同壁板吸声系数对测点声学响应的影响
• 4.4.3 吸声特性对室内声场分布的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 卷扬机房声学边界元分析
• 5.1 声学边界元概述
• 5.2 振动声辐射问题边界元理论
• 5.2.1 齐次 Helmholtz 方程及边界条件
• 5.2.2 卷扬机房内部声场的边界积分方程
• 5.2.3 边界积分方程的离散
• 5.3 卷扬机房声场边界元分析
• 5.3.1 声场边界元模型的建立
• 5.3.2 声学边界元分析分析
• 5.4 卷扬机房面板贡献度分析
• 5.4.1 板件声学贡献量（Panel Acoustic Contribution Analysis,PACA）概念
• 5.4.2 基于板块贡献度的噪声控制策略
• 5.4.3 板件贡献度分析结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 卷扬机房内部噪声控制研究
• 6.1 振动噪声控制措施
• 6.1.1 消除或降低声源的噪声辐射
• 6.1.2 隔绝噪声传播途径
• 6.1.3 吸声措施降低室内混响
• 6.2 通过使用阻尼材料来降低噪声
• 6.2.1 阻尼材料以及工程应用
• 6.2.2 自由阻尼结构的有限元模型
• 6.3 对机房进行结构修改
• 6.4 卷扬机房模型处理前后的测点噪声对比
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介