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基于有限元—统计能量数值混响室法的声学包设计与优化

杨德庆 石嘉欣 郁扬

杨德庆, 石嘉欣, 郁扬. 基于有限元—统计能量数值混响室法的声学包设计与优化[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(4): 26-34. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.04.005
引用本文: 杨德庆, 石嘉欣, 郁扬. 基于有限元—统计能量数值混响室法的声学包设计与优化[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(4): 26-34. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.04.005
YANG Deqing, SHI Jiaxin, YU Yang. Design and optimization of sound package using FE-SEA numerical reverberation method[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(4): 26-34. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.04.005
Citation: YANG Deqing, SHI Jiaxin, YU Yang. Design and optimization of sound package using FE-SEA numerical reverberation method[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(4): 26-34. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.04.005

基于有限元—统计能量数值混响室法的声学包设计与优化

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.04.005
基金项目: 

国家高技术船舶科研计划资助项目 2012-533

国家自然科学基金资助项目 51479115

详细信息
    通信作者:

    杨德庆(通信作者), 男, 1968年生, 博士, 教授, 博士生导师

  • 中图分类号: U661.44

Design and optimization of sound package using FE-SEA numerical reverberation method

知识共享许可协议
基于有限元—统计能量数值混响室法的声学包设计与优化杨德庆,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  为解决传统声学包设计法耗时、耗资高的问题,  方法  利用有限元—统计能量(FE-SEA)数值混响室法在全频段进行声学包的设计与优化。设计空气层声学包及无空气层声学包这2种类型共8种声学包,计算其隔声量。采用遗传算法,以达到最大隔声量值为目标对每一种声学包的材料层厚度进行优化。  结果  研究表明,有空气层存在的声学包的隔声量值较无空气层声学包的高2~6 dB,且与原始设计相比,优化后的声学包的隔声性能得到大幅提高。  结论  所得研究成果对实际工程中船舶声学包设计有重要的指导价值。
  • 图  1  FS数值混响室法示意图

    Figure  1.  Schematic of FS numerical reverberation method

    图  2  低频段(125 Hz以下)FS数值混响室法模型验证

    Figure  2.  The modal validation of FS numerical reverberation method (below 125 Hz)

    图  3  8种声学包的隔声量曲线

    Figure  3.  The TL curves of eight sound packages

    图  4  8种声学包总隔声量曲线

    Figure  4.  The overall TL values of eight sound packages

    图  5  Case 1~Case 8优化前后隔声量曲线对比(算例1)

    Figure  5.  Comparison of TL curves before and after optimization of Case 1~Case 8 in example 1

    图  6  Case 1~Case 8优化前后隔声量曲线对比(算例2)

    Figure  6.  Comparison of TL curves before and after optimization of Case 1~Case 8 in example 2

    表  1  8种声学包设计方案的材料特性参数

    Table  1.   Material characteristic parameters of eight sound packages

    参数泡沫金属泡沫塑料钢材
    密度/(kg·m-322317 800
    弹性模量/Pa6.50×1041.43×1052.10×1011
    泊松比0.40.30.312 5
    损耗因子0.150.055-
    孔隙率0.940.97-
    扭曲率1.32.52-
    流体阻力/(N·s·m-42.60×1048.70×104-
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    表  2  8种声学包设计方案的结构参数

    Table  2.   Structural characteristic parameters of eight sound packages

    Layer 1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer 6Layer 7总厚度/mm单位面积质量/(kg·m-2
    Case 1材料泡沫塑料泡沫金属泡沫塑料泡沫金属泡沫塑料泡沫金属-1002.79×10-6
    厚度/mm25152052015-
    Case 2材料泡沫塑料泡沫金属泡沫塑料空气层泡沫金属泡沫塑料泡沫金属1052.79×10-6
    厚度/mm251520552015
    Case 3材料泡沫塑料泡沫金属泡沫塑料泡沫金属---842.39×10-6
    厚度/mm4022202---
    Case 4材料泡沫塑料空气层泡沫金属空气层泡沫塑料空气层泡沫金属992.41×10-6
    厚度/mm4052252052
    Case 5材料泡沫金属泡沫塑料泡沫金属----842.30×10-6
    厚度/mm175017----
    Case 6材料泡沫金属空气层泡沫塑料空气层泡沫金属--942.31×10-6
    厚度/mm17550517--
    Case 7材料泡沫塑料泡沫金属-----822.35×10-6
    厚度/mm6022-----
    Case 8材料泡沫塑料空气层泡沫金属----872.35×10-6
    厚度/mm60522----
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    表  3  Case 1~Case 8优化前后变量值对比(算例1)

    Table  3.   Comparison of parameters before and after optimization of Case 1~Case 8 in example 1

    方案厚度/mm总厚度/mm总重量/(kg·m-2总隔声量/dB
    Layer 1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer 6Layer 7
    Case 1初始值25152052015-1002.79×10-620.35
    优化值2.22540.7814.1115.8410.4716.1-99.52.43×10-621.90
    Case 2初始值2515205520151052.79×10-623.81
    优化值2.514.6425.43872.370.199 615.381.367101.99.48×10-746.37
    Case 3初始值4022202---842.39×10-619.30
    优化值3610.6626.5810.36---83.592.4×10-620.68
    Case 4初始值4052252052992.41×10-625.26
    优化值9.24518.6712.9829.134.59821.61.80198.028.39×10-743.26
    Case 5初始值175017----842.3×10-619.72
    优化值43.4927.066.135----76.681.93×10-620.95
    Case 6初始值17550517--942.31×10-623.43
    优化值11.0317.4513.3844.532.404--88.797.86×10-743.79
    Case 7初始值6022-----822.35×10-617.54
    优化值77.493.791-----81.252.49×10-619.22
    Case 8初始值60522----872.35×10-619.72
    优化值2.4457.3617.33----77.135.28×10-739.59
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    表  4  Case 1~Case 8优化前后变量值对比(算例2)

    Table  4.   Comparison of parameters before and after optimization of Case 1~Case 8 in example 2

    方案厚度/mm总厚度/mm总重量/(kg·m-2总隔声量/dB
    Layer 1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer 6Layer 7
    Case 1初始值25152052015-1002.79×10-620.35
    优化值0.4346.313.438.833.25.2-137.33.45×10-626.89
    Case 2初始值2515205520151052.79×10-623.81
    优化值4.84.80.888.52.532.58.4142.41.64×10-650.78
    Case 3初始值4022202---842.39×10-619.3
    优化值0.0399134.68.3---1343.26×10-627.28
    Case 4初始值4052252052992.41×10-625.26
    优化值6.439.85.74440.40.01410.81471.92×10-654.07
    Case 5初始值175017----842.30×10-619.72
    优化值105.927.59.8----143.23.40×10-627.31
    Case 6初始值17550517--942.31×10-623.43
    优化值29.24710.144.812.2--143.31.34×10-647.43
    Case 7初始值6022-----942.35×10-617.54
    优化值2146.2-----148.23.28×10-625.75
    Case 8初始值60522----872.35×10-619.72
    优化值12.1103.132.6----147.81.22×10-646.03
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-10
  • 网络出版日期:  2017-07-27
  • 刊出日期:  2017-08-04

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