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船舶破冰振动噪声试验研究

更新时间:2009-03-28

随着全球气候变暖,极地冰川融化,开通北极航道不仅可以减短海上航程,同时也节省经济成本,对于航运业的发展显得尤为重要,因此有必要对破冰船等冰区航行的船舶进行研究[1]。文献[2]模拟破冰船在冰层中的连续破冰过程,对破冰船的冰阻力进行了预报;同时,使用多种经验与解析公式,预报了破冰船所受冰阻力。通过将数值模拟和经验与解析公式计算所得的冰阻力与模型试验结果进行对比,验证了数值模拟方法和经验与解析公式预报的适用性和准确性。文献[3]通过与冰锥受压实验数据进行对比,对该数值模型进行了验证。将该模型应用于破冰船在无限冰区与冰层碰撞的数值模拟,对破冰船的破冰阻力进行了计算,并将不同船首、不同冰层厚度下计算所得的破冰阻力与经验公式计算结果进行了对比。文献[4]通过比较数值模拟结果和试验结果,对冰体材料模型进行了验证;采用该冰体材料模型,对破冰船以不同航速在不同厚度的层冰中破冰航行时的动态响应进行了数值研究;文献[5]结合数值与试验的方法研究了破冰船的阻力性能;文献[6-7]采用数值方法模拟了破冰船的整个破冰过程并对破冰载荷进行了研究;文献[8]对破冰船在航行过程以及系泊状态下与海冰作用的过程进行了模拟计算,重点考察了破冰船逆流与顺流航行状态下的运动响应差别,发现随着相对冰速的变化,这种运动响应的差别是规律性变化的。国内外学者们对于船舶噪声的研究已经取得许多成效。有学者在研究时,以船舶的中高频振动和噪声为分析对象,以降低人员生活舱室振动和噪声为目标,改进现有的计算方法,并提出区别于传统方案的中高频振声传递路径分析方法,确定了舱室噪声的主要来源,制定了切实可行的减振降噪方案[9],为船舶声学设计优化提供了指导;文献[10] 针对船舶设计流程中涉及到的船舶声学设计内容,研究了舱室声学布局优化设计理论、船舶结构声学设计理论与方法、船舶降噪声学包配置优化设计方法。文献[11]通过使用灰色系统理论对集装箱船上层建筑舱室的噪声情况进行分析和获取,经过多次验证发现这一方式存在合理性;文献[12]创建了一种比较相像的船舶结构,并通过获取和分析阻尼结构,研究其不同使噪声数值发生的改变,并且分析了使用不同的激励方式产生的影响。

翻译课堂中翻译工作坊的开展,是在以PBL为基础的教学策略上,将其中的“问题”(Problem)变为“项目”(Project),以翻译项目为驱动组织教学活动,使学生通过翻译工作坊中的“项目驱动”,促进学生自主学习和翻译实践能力的提升。翻译工作坊以翻译公司中的翻译岗位设置为导向,将学生随机分组,旨在打破学生之间的固有熟悉模式,培养学生团队的协调与合作能力。每组设置项目经理、译员、术语提取与归纳、校审、PPT制作等角色。具体流程为翻译材料选取、翻译工作坊具体实施、翻译工作坊的反馈与反思。

1 试验概况

1.1 试验破冰船简介

测试用破冰船是哈尔滨航道局提供的拖带式破冰船(图1)。破冰船船长29.7 m,水线长28 m,宽7 m,型深2.4 m,满载排水量145 t,设计吃水1.15 m,额定航速12 kn,船员7人;该船是双桨型破冰船并配有六缸四冲程主机及四叶式螺旋桨,额定功率136 kW,额定的转速为850 r/min,柴油机的转动速度为1 500 r/min;船体为横骨架式结构,肋距0.5 m。破冰船在进行破冰工作时,主要运用持续破冰方法,辅助运用冲撞式破冰方法。

  

图1 破冰船布置示意图Fig.1 Icebreaker layout diagram

1.2 试验目的及测试仪器

1.2.1 破冰过程的船舶振动特性试验

本次试验主要考察破冰船的船体总振动和局部振动的特性规律,并探索破冰作业时对船员舒适性的影响规律,故需要测定船舶某些重要位置的振动加速度。为此在船体主甲板艏、中、艉的纵横强力构件相交处布置测点,以考查船体结构破冰总振动;在破冰船各层甲板的局部板格中心与横梁跨中位置布置测点,以考查破冰作业时船上各主要生活区与工作区的局部振动;在主甲板纵桁与横梁相交处均匀分布测点,以分析船体破冰振动沿船长方向的分布情况;在距船艏1/4L船长处的主甲板、驾驶甲板以及船舱底板区的纵横骨材相交处分布测点,以分析船体破冰振动沿上建方向的分布情况。船舶进行破冰振动试验的原理见图2。

本文通过分析设备维修舱在整个破冰过程中产生的声压时历信号分析破冰工作对各舱室的影响(图5)。

Sunrise reddens the sky in the morning, clouds impending and autumnwind will blow; sunset concentrated in a corner of sky, autumn-breed is on the horizon.”

1.2.2 破冰过程船舶舱室的噪声试验

本文主要分析在进行破冰工作时,船舶各舱室和外甲板的噪声情况,以及在进行船舶破冰冲击时,船体以及各舱室产生的变化。分别分析处于破冰作业时和进行一般航行时,全船各主要舱室(设备维修舱、机舱、办公室等)和外场的主要区域(主甲板艏部区域、机舱顶棚甲板区域和驾驶甲板区域)的噪声信号变化,以此获取这些噪声的特点以及影响因素。噪声试验测试见图3。

评优是班级管理中不可缺少的一项重要工作。评优是用正面教育引导学生、激励学生,也是班级管理工作中必不可少的一项内容。评优工作做得好,有利于激励学生奋发向上。但是很多班主任在落实评优工作时,要么为了体现教师的权威搞一言堂,只注重学业的成绩;要么为了体现所谓的民主,放手给学生操作,但是由于学生缺少更多理性的分析,就弄成了是人际关系的竞争评优。这样的评优工作常常流于形式,最终失去本该有的作用。因为在很多时候评优更多的只看重结果,而忽视了过程,即使学生努力的过程再丰富、再艰辛,也不能得到别人的认可,所以在评优时要更多地重视评优与过程记录相结合。

  

图2 破冰振动试验原理图Fig.2 Testing principle of ice breakingvibration experiment

  

图3 破冰冲击噪声试验图Fig.3 Ice impact noise test chart

在进行测试时,一般使用01 dB声级计获取封闭舱室的噪声情况,而对于一些比较特殊的舱室噪声则使用&B-4192传声器与东华DH5925便携式动态信号这两种设备进行检测和分析。整个测试过程依据船上噪声测量标准GB/T 4595-2000进行。

1.3 试验环境概况

破冰作业时,主甲板各区域振动加速度级均有所增大。其中,艏部区增量最大,船中部生活区略小,机舱区次之,艉部区最小。

2 破冰振动噪声特性

2.1 破冰时的船舶振动特性

取主甲板艏部区域某测点处垂向振动加速度时域信号曲线(图4)进行分析。

新动作学习阶段,为帮助学生有效掌握正确的技术动作,可以适当进行正确与错误动作的演示与练习。例如,示范环节纠正错误动作时,教师可对学生的错误动作进行形象模仿,从而使学生直观了解自己的错误所在。通过正误对比,不仅可以使学生对所学动作有更为明确和清晰的认知,而且能够真正了解正确动作和错误动作之间的区别,帮助学生建立正确的动作表象。除示范以外,还可让学生在水中亲自尝试错误动作,使其明白正误之间的区别,如蛙泳划水“小划臂”和“早呼吸”练习,学生通过“长划臂”和“晚呼吸”的亲身体验,理解为何要做“小划臂”和“早呼吸”,知其然知其所以然,加深理解。

  

图4 破冰过程振动加速度时历曲线Fig.4 Ice breaking vibration acceleration curve

灰色系统理论提出对各系统进行灰色关联度分析的概念,灰色关联度是以因素之间发展趋势的相似或相异程度作为衡量各系统因素关联程度的一种方法。通过灰色关联度分析,认为两个系统因素变化的态势是一致的,即同步变化程度较高,则两者关联度较大;反之,则两者关联度较小。分析步骤如下:

作为宜城市食品药品监督管理局派出机构,近年来,南营食品药品监管所紧贴基层实际,认真落实“四有两责”,深入推进食品药品执法规范化建设,获评湖北省食品药品监管系统首批基层执法规范化示范所。全国人大常委会委员长张德江、国家食品药品监管总局副局长滕佳材来宜昌视察调研时,均对南营食品药品监管所工作给予了充分肯定。

2.2 破冰时船舶冲击噪声特性

对照班、实验班第一学期学生数学成绩统计数据见表1、表2。在表1、表2中,权重a=均分/100*0.3;分数在[85,100]为优秀,优秀率=优生数/总人数,权重b=优秀率*0.3;分数在[70,85)为良好,良好率=良好数/总人数,权重c=良好率*0.2;分数在[60,70)为合格,合格率=合格数/总人数,权重d=合格率*0.2;权重=权重a+权重b+权重c+权重d。60分以下的为不合格,不合格人数未列入表内。

  

图5 破冰时设备维修舱的声压时历图Fig.5 Icebreaking equipment maintenance cabin sound pressure curve

由图5可见,在进行破冰时,舱内空气气压大致经历3个阶段:①在t=0~8.2 s,破冰船处于航行状态,此时设备维修舱内的声压值较小;在t=8.2 s,破冰船与冰层发生碰撞,该时刻舱内空气声压值迅速增大;②在t=8.2~21.4 s,破冰船在连续的工作状态之中,破冰船在与冰层发生碰撞之后使结构振动响应提高,其中在t=14.3 s左右,舱内的声压达到最大16.8 dB,这是由于破冰激励载荷导致船体结构发生变化,从而产生噪声;由于一些冰层发生破裂导致船与冰层间的作用力减小,使得t=15.2 s左右,舱内的声压开始下降;随着破冰的进行,破冰船航速逐渐减小直到零;③在t=21.4~26.1 s,破冰船在向后倒船时撞击到周围的浮冰,从而使船舶的某些部位出现较大的振动,与此同时,舱内的声压也会逐渐降为原始值。

微课已然成为热词,教育者如何在纷杂的环境中保持应有的姿态,如何在各类评比中把握正确的微课制作方向,尤其是如何从微课的技术思维转变为教学思维,是非常难以解决的问题。

3 船舶破冰振动噪声的空间分布特性

3.1 破冰振动沿船长方向的分布规律

航行状态下,船舶振动加速度级在机舱甲板区取得最大值,主甲板艉部区略小,艏部区与船员生活区最小;位于(0.5L~0.6L)的船员生活区因受邻近机舱区影响,故振动加速度级明显较其他区(0.2L~0.5L)大(图6)。

本次测试的地点选在黑龙江省松花江哈尔滨段,实验时的温度为-2~-5 ℃,常伴有2级左右的北风,江水上面已经出现许多冰层,经过多次随机抽样,选取了一些厚度在40~50 cm的冰层,实验的背景噪声是45~50 dB,并且在整个实验期间没有其他噪声。

3.2 破冰振动沿吃水方向的分布规律

[5] Kim M C, Lee S K, Lee W J, et al.Numerical and experimental investigation of the resistance performance of an icebreaking cargo vessel in pack ice conditions[J].International Journal of Naval Architecture and OceanEngineering, 2013, 5(1):116-127.

由图4可见,破冰船破冰振动过程分为4个阶段:①破冰船在无冰区正常航行,其船体振动加速度较小,加速度变化也较小;②在t=5.7 s左右,破冰船开始与冰产生碰撞,振动加速度时历曲线峰值开始增大;③在t=16.6 s左右,破冰船以较大航速与完整的冰层发生碰撞,此刻破冰载荷幅值达到最大,同时加速度时历曲线峰值也达到最大,并伴随着冰层的碎裂、破冰船航速下降;上述破冰过程将不断重复,直至航速降为0,在此过程中由于破冰冲击载荷不断减小,故加速度时历曲线峰值逐渐降低;④由于破冰船在回退过程中不断与周围冰层产生碰撞,致使振动响应衰减缓慢,但随着破冰船最终航行至碎冰较少的水域,振动能量因结构阻尼效应而逐渐耗散,加速度时历曲线峰值逐渐减小至与初始时刻一致。由此可见,破冰船在破冰作业过程中振动显著增大。

  

图6 主甲板不同区域垂向振动加速度级对比Fig.6 Comparison of vertical vibration acceleration levels in different areas of the main deck

  

图7 距船艏1/4L处不同甲板上垂向振动加速度级对比Fig.7 Comparison of vertical vibration acceleration levels on different decks at 1/4L from the bow

由图7可见,航行状态下,船舱底板、主甲板与上建驾驶甲板处沿吃水方向的振动加速度级分别为87、88.1、90.6 dB,3者在数值上差别较小。破冰作业时,各区域的振动加速度级均有所增大,分别为88、94.4、93.3 dB,相应增量为1、6.3、2.7 dB;其中主甲板处最大,驾驶甲板次之,船舱底板处最小。

3.3舱室噪声沿船长分布

进行破冰和航行状态时,沿船长方向主甲板下不同舱室的噪声以及这些噪声的变化见表1。

由表1可见,在航行时,船舶中的机舱产生的噪声最大,达到103 dB,而且沿船长方向的各舱室的噪声表现出艉部与机舱区大、舯部与艏部小的特点。在破冰作业时,相比于一般航行,各舱室的噪声都增大,机舱噪声最大,但机舱区的噪声增大幅度最小。

 

表1 沿船长方向主甲板下各舱室的噪声比较Table 1 Noise comparisons of all compartments below the main deck along the direction of the shipmaster

  

舱室艏尖舱设备维修舱船底住舱1船底住舱2机舱副机舱舵机舱航行状态/dB7871606210310088破冰状态/dB103997374106104101增量/dB252813123413沿船长位置范围0~01L01L~025L025L~035L035L~045L045L~075L075L~085L085L~10L

3.4 舱室噪声沿吃水方向的分布

舱室噪声沿吃水方向的分布见表2。由表2可见,在航行时,噪声最大的是餐厅;在破冰时,各舱室的噪声明显增大,整体变化是沿吃水方向各舱室噪声都有所增加,中间舱室最大,上部和底部的噪声相对较小。

 

表2 沿吃水方向不同舱室的噪声对比Table 2 Comparison of noise in differentcompartments along the draft

  

舱室驾驶室餐厅船底住舱航行状态/dB657163破冰状态/dB788674

4 船舶破冰振动噪声对船舶舒适性的影响

4.1 振动的舒适性影响

依据ISO6954-2000振动评价标准,计算破冰作业与航行状态下船上不同区域垂向振动加速度有效值,并评估其适居性,计算结果见表3。由表3可见,船上各个区域的振动加速度明显增大;主甲板艏部区、船员生活区与驾驶甲板区的振动环境均为无害振动,机舱及副机舱顶甲板区、主甲板艉部区为可接受,机舱底板区的振动环境从可接受变为有害振动。

4.2 舱室噪声的舒适性影响

参考内河船舶的噪声标准GB 5980-2009,分析破冰时产生的噪声,见表4,其中表中限制值表示舱室噪声的最大允许值。

由表4可见,在航行时,各舱室的噪声处于标准的允许范围内;破冰作业时,船上驾驶区与起居区各舱室的噪声级均超过标准,机舱噪声环境虽满足标准,但几乎达到最大值,如果有人员接近,就需要采取一定的措施防护。

 

表3 船舶各区域的舒适性评价Table 3 Ship comfort assessment of various regions dB

  

区域加速度航行状态/dB破冰作业/dB评估结果主甲板艏部1C类269714无害振动主甲板艏部2C类223712无害振动主甲板生活区1B类256524无害振动主甲板生活区2B类288644无害振动驾驶甲板区1C类338462无害振动驾驶甲板区2C类447548无害振动机舱顶甲板C类11351618可接受副机舱顶甲板C类10241778可接受主甲板艉部区1C类11541593可接受主甲板艉部区2C类11731637可接受机舱底板区C类20622919有害振动

 

表4 主要舱室破冰噪声的评价Table 4 Evaluation of main cabin icebreaking noise dB

  

区域限制值航行状态破冰作业评估结果驾驶室696578超标餐厅757085超标办公室757177超标休息室756880超标船底居住舱1706475超标船底居住舱2706778超标设备维修舱8574103超标机舱110105107未超副机舱11099103未超

5 结 论

致谢:感谢第9届“全国冰工程”学术研讨会推荐。

1)在破冰作业时,破冰船船体振动明显上升,主要引起破冰船的垂向振动并带有局部振动;同时,局部振动响应与船体局部板架固有频率以及其距船艏破冰载荷作用位置密切相关。

2)破冰作业时对船上各个区域的适居性均造成一定的影响。其中,主甲板上船员生活区、上建驾驶甲板区以及主甲板艏艉区域的振动环境都在人体可接受范围内,仅机舱底板区的振动环境超过人体可接受范围变为有害振动。

3)在破冰作业时,船舶的各舱室噪声都有所上升,但是处于不同位置的舱室噪声是不同的,用途不同的舱室其噪声也是不同的。

4)在破冰作业时,导致某些舱室的噪声超过标准的限制值,这影响到船舶的乘坐舒适度,因此为了获得更加舒适的乘坐体验,要对噪声进行一定的防护措施,以减少噪声带来的危害。

本文分析了破冰作业时船舶的振动噪声,对于典型的振动噪声特点进行了阐释,并对振动噪声的分布规律和变化规律进行了探索,结合船舶振动噪声标准,得出以下结论:

参考文献:

[1] 于新伟,陈林,王化明,等. 破冰船技术发展现状分析[J].造船技术, 2017, 37(1):37-40.

[2] 任奕舟,邹早建. 破冰船在冰层中连续破冰时的冰阻力预报[J].上海交通大学学报, 2016, 36(8):899-904.

[3] Lewis J W, Edwards J, Roderick Y. Methods for predicting icebreakingand ice resistance characteristics of icebreakers [C]// Annual Meeting. Jersey City, USA, 1970,78: 213-249.

[4] Enkvist E.On the ice resistance encountered by ships operating in the continuous mode of ice breaking, No.24[R]. Helsinki: Swedish Academy of Engineering Sciences, 1972.

距船艏1/4L处各层甲板上沿吃水方向的振动加速度级的计算结果见图7。

(3) 强风化泥灰岩(T1d)③:褐黄色,泥质成分,风化裂隙发育,岩芯多呈碎块状夹土状,碎块状岩芯粒径一般为1~5 cm,干时可用手折断或捏碎,遇水易软化,为软岩,岩体基本质量等级为Ⅴ级,厚度0.9~6.9 m,分布不均匀。

[6] Su B,Riska K,Moan T. Numerical simulation of local ice loads in uniform and randomly varying ice conditions [J]. Cold Regions Science and Technology, 2011, 65: 147-157.

[7] Su B,Riska K,Moan T.A numerical method for the prediction of ship performance in level ice[J]. Cold Regions Science and Technology, 2010, 60(3): 177-188.

[8] 禹沐. 破冰船在海冰作用下的运动响应分析[J].天津大学学报,2013, 34(23):126-130.

[9] 张文春. 船舶舱室的中高频振声仿真及传递路径研究[J].大连海事大学工程学报,2017, 48(4):470-473.

但省医院并不满足于此。在分管领导何斌副院长支持下,医院维保服务规范化招标采购继续融入信息化思维,全院采购一体化智能管控系统,即将全链条构建完成并上线使用。

[10] 高处. 船舶舱室声学优化设计理论与方法研究[J]. 上海交通大学工程学报, 2015, 12(6):179-183.

观察组术中出血量明显少于对照组(P<0.05);术后2 h和24 h,两组的出血量比较差异不具有统计学意义,见表1。

[11] 姚熊亮,戴伟,唐永生. 船舶上层建筑舱室噪声灰色预测[J].中国造船, 2006, 47(1):36-41.

[12] 于大鹏,赵德有,汪玉. 船舶声学建模和阻尼结构对舱室噪声影响研究[J].船舶力学, 2010, 14(5):540-548.

[13] 庞福振,马建强,李海超,等.船舶破冰冲击噪声试验研究[J].华中科技大学学报:自然科学版,2017,45(12):107-111,117.

 
翟恒宇,庞福振,缪旭弘
《黑龙江大学工程学报》2018年第01期文献

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