применение программы designer noise® для расчета шума в

XXVII сессия Российского акустического общества,
посвященная памяти ученых-акустиков
ФГУП «Крыловский государственный научный центр»
А. В. Смольякова и В. И. Попкова
Санкт-Петербург,16-18 апреля 2014 г.
Л. Бородицкий, Р. Фишер и Джесси Спенс
(Noise Control Engineering, LLC, [email protected], +1-978-670-5339)
Применение программы Designer Noise® для расчета
шума в судовых помещениях от внешних источников
Designer Noise® широко используется в США для расчета шума в судовых
помещениях от механических источников, расположенных внутри корпуса.
Однако, отдельные корабли имеют внешние источники, которые определяют
уровни шума в помещениях (суда на воздушной подушке, авианосцы ).
Недавно Designer Noise® был усовершенствован чтобы рассчитывать уровни
шума от внешних источников.
Теперь пользователь может выбрать
наружные структурные элементы (субъекты статистического энергетического
анализа), на которые воздействуют внешние источники. Программа
моделирует двух- и трех-размерные источники. Направленность источников
принимается в расчет.
Основываясь на алгоритмах архитектурной и
структурной акустики программа рассчитывает уровни воздушного и
структурного шума в помещениях.
Статья показывает
примеры
использования программы.
Ключевые слова:структурный шум, внешний источник, энергетический метод
ВВЕДЕНИЕ
Более 15 лет в США используется программа Designer Noise® [1] для расчета шума
в судовых помещениях на стадии проектирования. Программа моделирует корпус
корабля и источники шума. Пользователь может ввести данные об изоляции,
демпфирующих покрытиях, зашивках, которые имеются в базах данных
программы. Результаты расчета могут быть представлены в табличной форме (.exl
формат). Вклад каждого источника в суммарный уровень шума в любом
помещении оценивается.
1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОГРАММЫ Designer Noise®
Рисунки 1 и 2 показывают модели исследовательского судна и корабля береговой
охраны, которые были созданы в процессе проектирования средств снижения шума до
требуемых уровней.
XXVII сессия РАО, Санкт-Петербург, 16-18 апреля 2014 г.
2
_________________________________________________________________________________________
Рис. 1 Модель исследовательского судна
Рис. 2 Модель корабля береговой охраны.
Cущественным недостатком этой программы была ее неспособность рассчитывать
уровни шума в помещениях от внешних, палубных источников. Такими источниками
являются решетки вентиляции, отверстия впуска и выпуска двигателей, палубная
авиация, воздушные винты.
2. РАСЧЕТ ШУМА ОТ ВНЕШНИХ ИСТОЧНИКОВ
Недавно программа была усовершенствована и расчет уровней шума в помещениях
от внешних источников стал возможным. Во-первых была введена категория внешних
источников.
Они могут быть двух- и трех- мерными.
Решетки вентиляции
рассматриваются как двух-мерные источники. Вентилятор или насос на верхней
палубе трактуются как трех-мерные источики шума.
Двух-мерные являются
_________________________________________________________________________________________
Л. Бородицкий, Р. Фишер, Д. Спенс
Применение программы Designer Noise для расчета шума в судовых помещениях от внешних
источников
XXVII сессия РАО, Санкт-Петербург, 16-18 апреля 2014 г.
3
_________________________________________________________________________________________
источниками только воздушного шума, трех-мерные – воздушного и стуктурного.
Направленность источников воздушного шума учитывается в соответствии с
бюллетенем Общества Морских Инженеров [6]. Во-вторых, пользователь может
выбрать внешние структурные элементы, возбуждение которых воздушным шумом
существенно для расчета уровней в избранных помещениях.
Программа рассчитывает уровни шума в октавных полосах около всех выбранных
внешних структурных элементов по формулам архитектурной акустики.
Затем
вычисляется средний квадрат амплитуды вибрации каждого внешнего структурного
элемента на основе формулы П. Смита [4] (модальный отклик пластины на шум).
Учитывая плотность собственных частот элементов можно вычислить их плотности
энергии в полосе частот. Эти данные вместе с предварительно вычисленными
коэффициентами прохождения позволяют сформировать правые части уравнений
баланса энергии для примыкающих элементов входящих в глобальную матрицу СЭА.
Решение системы уравнений баланса энергии СЭА дает уровни вибрации всех
элементов модели.
Аналогично определяются уровни вибрации распространяющейся от фундаментов
трех-мерных источников. Программа затем рассчитывает уровни шума излученного
каждым элементом в любом помещении, представляющим интерес для проектанта.
Рассмотрим в качестве примера судно на воздушной подушке (Рис. 3) и его модель
(Рис. 4). Источники шума показаны красным цветом на изображении модели,
выбранные наружные элементы-желтым.
Окружности изображают двух-мерные
источники, красные паралеллипипеды показывают двух-мерные источники.
Рис. 3: Внешние источники судна на воздушной подушке
_________________________________________________________________________________________
Л. Бородицкий, Р. Фишер, Д. Спенс
Применение программы Designer Noise для расчета шума в судовых помещениях от внешних
источников
XXVII сессия РАО, Санкт-Петербург, 16-18 апреля 2014 г.
4
_________________________________________________________________________________________
Рис. 4 Акустическая модель судна на воздушной подушке (наружные элементы показаны
желтым цветом)
Результаты расчета могут быть представлены в различных форматах. Общие уровни и
октавные спектры шума и вибрации, коэффициенты излучения структурных элементов,
звукоизолирующая способность элементов, коэффициенты внутренних потерь представляются
в формате .xls. Например, Таблица 1 (цитата из выходного файла рассмотренной выше
модели) показывает ожидаемые общие уровни шума в рулевой рубке от каждого источника и
интегральный уровень в последней строке. На Рис. 5 рубка обозначена желтым цветом.
Таблица 1 Ожидаемые уровни шума в рулевой рубке, дБ(A).
Источник
AB SB SSB Total
Впуск дизелей левый борт 59 0 49
59
Вентилятор левого борта
57 44 57
60
Входная решетка левого
вентилятора
68 0 70
72
Левый пропеллер
78 0 78
81
Впуск дизелей правый борт 59 0 49
59
Вентилятор правого борта 57 49 57
61
Входная решетка правого
вентилятора
68 0 70
72
Правый пропеллер
78 0 78
81
Все источники
81 50 82
85
AB-уровни шума прошедшего через переборки, разделяющие источники и помещение, SBструктурный шум, SSB- структурный шум возбужденный воздушным шумом.
Как видно из таблицы пропеллеры являются преобладающими источниками шума. Шум
прошедший через переборки является основным компонентом в общем уровне шума.
Не закрывая программу можно видеть график уровней шума в октавных полосах от каждого
_________________________________________________________________________________________
Л. Бородицкий, Р. Фишер, Д. Спенс
Применение программы Designer Noise для расчета шума в судовых помещениях от внешних
источников
XXVII сессия РАО, Санкт-Петербург, 16-18 апреля 2014 г.
5
_________________________________________________________________________________________
источника и от всех источников вместе, а также уровни вибрации любого элемента Рис. 6.
Рис. 5 Модель судна на воздушной подушке (рулевая рубка выделена желтым цветом)
Рис. 6 Ожидаемые уровни шума в рулевой рубке в октавных полосах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Показанная версия DESIGNER NOISE® позволяет с минимальными затратами
рассчитать уровни шума во внутренних помещениях от внешних источников.
Программа также рассчитывает спектры шума в дальнем поле. Для этого пользователь
вводит координаты точки, представляющей интерес.
_________________________________________________________________________________________
Л. Бородицкий, Р. Фишер, Д. Спенс
Применение программы Designer Noise для расчета шума в судовых помещениях от внешних
источников
XXVII сессия РАО, Санкт-Петербург, 16-18 апреля 2014 г.
6
_________________________________________________________________________________________
ЛИТЕРАТУРА
1. www.noise-control.com
2. L. Beranek, Noise and Vibration Control, INCE, Washington, 1988
3. R. Lyon, Statistical Energy Analysi of Dynamical System: Theory and Application, MIT Press,
1984.
4. P. Smith, Jr., “Response and Radiation of Structural Modes Excited by Sound”, JASA, vol. 34,
no. 5, pp. 640-647, 1962
5. G. Maidanik, “Response ofRibbed Panels to Reverberant Acoustic Fields”, JASA, vol. 34, no.6,
pp 809-826, 1962
6. R. Fischer et.al. “Design Guide for Shipboard Noise Control”, Technical and research Bulletin
No. 3-37, SNAME, 1983.
_________________________________________________________________________________________
Л. Бородицкий, Р. Фишер, Д. Спенс
Применение программы Designer Noise для расчета шума в судовых помещениях от внешних
источников