1、隨著造船技術的發(fā)展，為改善并提高船員在船上的舒適度和適居性，國際海事組織(IMO)對船舶及各艙室內振動和噪聲控制的要求日趨嚴格。減振降噪作為綠色造船技術的重要組成部分越發(fā)引起人們的重視。因此，研究結構聲在船舶結構中的傳遞規(guī)律，以便在船舶或海洋平臺設計、建造初期就選取適當措施阻抑結構聲的傳遞具有重要的理論價值和工程應用前景。
　　本文在動態(tài)子結構方法思想的基礎上，結合有限元法和波分析法各自的特點，提出“有限波”分析法，改進了結構動力

2、學分析方法。該方法根據(jù)介質連續(xù)性對船舶結構進行有限模塊離散計算處理，并通過坐標變換，結合各有限模塊邊界條件將各離散計算單元局部坐標系下結構聲振動波位移響應方程進行擴階，得到該船舶結構在總坐標系下結構聲振動位移響應的總波動方程。通過方程解耦和矩陣變換，求解出結構聲波動位移響應，進而獲得該系統(tǒng)中的能量分布。該方法在結構動力學問題求解中既克服了有限元法高頻計算不穩(wěn)定的缺點，也解決了傳統(tǒng)波分析法難以分析復雜結構的局限性。
　　全文圍繞著基

3、于有限波分析法研究結構聲在船舶結構中傳遞規(guī)律這根主線，采取從有限波解析公式到常見船舶結構離散數(shù)值建模、再到艙室模型試驗驗證及實船中有限波分析法應用的研究路線。首先系統(tǒng)地闡述了有限波分析法的基本原理;然后利用該方法對結構聲在船舶或海洋平臺上常見的桿梁、板梁、推進軸系及加筋板結構中的傳遞規(guī)律進行研究;并在此基礎上通過船舶機艙段艙室模型數(shù)值計算和試驗測量進行比對，驗證了有限波分析法研究結構聲傳遞規(guī)律的正確性和可行性。最后，應用有限波分析法解決

4、了某科考船艉部振動、某大型LNG船多推進系統(tǒng)軸系校中計算等實際問題。本文的研究工作有如下幾個方面:
　　(1)從結構離散、波動表達、邊界條件及本構關系、有限波方程求解等四個方面系統(tǒng)地介紹了有限波分析法基本原理及操作步驟，明確了該方法特點及適用范圍。通過與有限元法詳細比較發(fā)現(xiàn):根據(jù)有限波分析法介質連續(xù)性離散原則對分析對象進行離散處理，不但可以極大減少計算單元數(shù)，提高運算速度，而且可以避免有限元法在分析高頻域結構聲傳遞過程中，因邊界條

5、件變化而導致誤差增大的局限性。通過定義廣義坐標系下有限波分析法位移表達式，引入波動基函數(shù)，有效解決了波動位移解高頻振蕩問題。同時，引入輸入點阻抗分析對外部激勵力處理，建立了多種結構外部激勵力作用下強迫振動分析計算的新方法。
　　(2)采用有限波分析法分別對桿、梁、板及其組合等船舶常見結構中結構聲傳遞規(guī)律進行理論推導及數(shù)值分析。根據(jù)有限波分析法介質連續(xù)性離散原則及各類簡單結構的特點，將其離散成各類子結構，并在其上建立局部坐標系。利用

6、有限波位移表達原理寫出各局部坐標系下各子結構中波動位移的表達式。采取坐標變換建立各局部坐標系下各子結構間波動位移的相互關系，并通過結構邊界的連續(xù)性及平衡條件求得該系統(tǒng)在整體坐標系下全局有限波總方程，進而求解獲得該結構系統(tǒng)位移場及能量場的分布。
　　通過對桁架系統(tǒng)，轉角結構等典型船舶結構中結構波傳遞隨不同參數(shù)變化規(guī)律進行數(shù)值計算，研究發(fā)現(xiàn):雖然阻波元件對結構波能量在理想半無限結構中的傳遞有很好的抑制作用，但是在有限尺度及確定邊界約束

7、的結構中，由于邊界反射的影響和阻波元件的“雙向阻抑”作用，其造成的插入損失并不會隨頻率增大而增大，而只是在高頻區(qū)域趨于一個穩(wěn)定值。也就是說，阻波元件對結構波能量傳遞的抑制在有限結構中受到駐波的限制不能達到其在理想半無限結構中的效果，其主要作用還是表現(xiàn)在使得共振頻率發(fā)生偏移上。有限波分析法分析結構聲在有限長結構中傳遞規(guī)律是適用的，駐波對結構聲的影響比阻振質量的影響要大。阻振質量的存在僅改變結構振動模式和能量分布，避免其發(fā)生共振。
　

8、　(3)根據(jù)船舶推進系統(tǒng)特點，將其分解為軸段連續(xù)子系統(tǒng)和主機離散子系統(tǒng)兩部分。分別采用有限波分析法和多體動力學法對其建模，獲得連續(xù)子方程和離散子方程。并通過兩子系統(tǒng)連接處的邊界條件求得推進軸系振動位移的全局方程，從而計算獲得整個軸系的位移及應力分布。在理論推導研究過程中，不但考慮了軸系橫向振動、縱向振動及扭轉振動相互耦合的關系，而且對結構聲在Z型推進系統(tǒng)中的傳遞規(guī)律進行深入的研究。同時，考慮嚙合齒面油膜剛度等因素影響改進了推進軸系振動數(shù)

9、值計算模型?；谟邢薏ǚ治龇▽鹘y(tǒng)軸系數(shù)值計算模型和理論方法進行改進，并通過數(shù)艘實船推進軸系數(shù)值計算驗證該新理論方法及改進模型的優(yōu)勢。
　　通過理論推導研究及數(shù)值計算發(fā)現(xiàn):采用有限波分析法避免了傳統(tǒng)遷移矩陣法在分析復雜分支軸系振動過程中，因分支結點位移為零而導致的“丟根”現(xiàn)象。并以某挖泥船帶復雜分支推進軸系為例，對其挖泥工況下推進軸系扭轉振動進行數(shù)值分析和計算。另外，通過考慮減速齒輪箱嚙合齒面間油膜剛度，改進了軸系振動模型。并對某

10、LNG船推進軸系扭轉振動進行分析，由數(shù)值計算結果得出隨著齒輪箱齒面間油膜剛度的增加，推進軸系扭轉應力峰值向低轉速區(qū)域偏移的重要結論，并為船舶軸系轉速禁區(qū)劃分提供了重要參考價值。通過對推進軸系進行耦合振動分析發(fā)現(xiàn):與縱—彎耦合振動相比，彎—扭耦合振動引起的軸截面的合成應力值遠大于軸系材料許用應力值，從而導致軸系該部位斷裂。同時，耦合振動產(chǎn)生的交變應力會引起推進軸系相應截面產(chǎn)生應力疲勞而導致斷軸事故。
　　(4)通過將加筋板上每塊離散

11、計算板在單元局部坐標系下結構聲振動位移響應進行坐標變換，得到整塊加筋板結構計算單元局部整體坐標系下結構聲振動位移響應。再進一步通過坐標變換，獲得整個加筋板結構系統(tǒng)在總坐標系下的結構聲位移響應，從而得到整個加筋板結構系統(tǒng)內的能量分布。同時，通過在艉軸前軸承處隔艙艙壁及中間軸軸承支撐處建立的結構聲在推進軸系與船體底板間的傳遞模型，改進了全船強迫振動計算模型。在此基礎上，針對某科學考察船艉部振動事故，采用有限波分析法對該船船體艉部進行數(shù)值計算

12、，得到該船船體艉部固有頻率與螺旋槳激振頻率過于接近，兩者產(chǎn)生共振的結論。并且通過實船測量結果驗證了基于有限波分析法對結構聲在該船加筋板結構中傳遞規(guī)律理論計算的正確性。同時，對該船艉部部分板結構加強后的振動響應進行了預報計算。
　　(5)通過艙室模型相似試驗，分別對船舶機艙段板梁結構模型進行沖擊試驗和掃頻強迫振動試驗，驗證了結構聲基于有限波分析法在板梁結構中的傳遞規(guī)律研究的正確性。通過數(shù)值計算結果與試驗測量結果比較發(fā)現(xiàn):試驗測量結果

13、很好驗證了有限波分析法理論數(shù)值計算結果，證明了有限波分析法研究結構聲傳遞規(guī)律的正確性和可行性;在低頻域范圍內，有限波分析法及有限元法數(shù)值計算結果在低頻域范圍內與艙室模型結構聲測量結果較為接近;在中高頻域內，有限波分析法數(shù)值計算結果更接近試驗測試結果，從而體現(xiàn)出有限波分析法在中高頻域結構聲傳遞規(guī)律研究及應用的優(yōu)越性。同時，通過分析各頻域內結構聲傳遞過程中誤差產(chǎn)生原因，為將來改進試驗驗證手段指明了方向。
　　(6)將有限波分析法與遷移

14、矩陣法相結合，建立了有限波位移響應下的遷移矩陣方程。在考慮船舶艉部復雜流場水動力、船體變形等動態(tài)因素對船舶軸系校中的影響的基礎上，改進了軸系校中數(shù)值計算模型?？紤]螺旋槳水動力影響下，對某采用雙推進系統(tǒng)大型LNG船進行動態(tài)軸系校中計算。數(shù)值計算結果表明:受螺旋槳水動力的影響，僅對船舶推進軸系進行傳統(tǒng)的垂直方向軸系校中計算是不合理的，必須同時對船舶推進軸系進行水平方向軸系校中計算，以避免螺旋槳軸艉軸承處因不良的軸系校中計算產(chǎn)生軸承磨損或燒瓦