(高清版)GBT 39479-2020 海洋平臺輻射噪聲預報方法

ICS47.020.99海洋平臺輻射噪聲預報方法國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T39479—2020本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準由全國海洋船標準化技術委員會(SAC/TC12)提出并歸口。本標準起草單位：中國船舶工業(yè)綜合技術經(jīng)濟研究院、中國船舶工業(yè)集團公司第七O八研究所、哈爾濱工程大學、中國船舶科學研究中心、中國人民解放軍海軍研究院、上海船舶研究設計院、江蘇科技大學。1GB/T39479—2020海洋平臺輻射噪聲預報方法本標準適用于海洋平臺輻射噪聲的預報。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T3947—1996聲學名詞術語GB/T4595—2020船上噪聲測量GB/T3947—1996、GB/T4595—2020界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1海洋平臺offshoreplatform注1:改寫GB/T14090—2008,定義2.2.1。3.2海洋平臺空氣輻射噪聲airradiatednoiseofoffshoreplatform海洋平臺水面以上居住處所、工作處所和機器處所等的艙室內外(含水線下的艙室內),因激勵源作3.3海洋平臺因激勵源作用而在平臺周圍水介質中傳播的噪聲。3.4能夠引起振動或產(chǎn)生噪聲的海洋平臺用設備和環(huán)境載荷。4分類海洋平臺輻射噪聲按傳播介質分為海洋平臺空氣輻射噪聲和海洋平臺水下輻射噪聲。2GB/T39479—20205基本計算方法海洋平臺輻射噪聲基本計算方法主要包括經(jīng)驗公式方法和數(shù)值計算方法。經(jīng)驗公式方法適用于概念設計階段和方案設計階段或與母型平臺相近的海洋平臺輻射噪聲預報，數(shù)值計算方法適用于具備相關計算輸入條件下的基本設計和詳細設計階段的海洋平臺輻射噪聲預報。5.2經(jīng)驗公式方法經(jīng)驗公式方法基于試驗數(shù)據(jù)結果或理論公式，結合工程實際，擬合出預報結果估算公式，進行海洋平臺輻射噪聲預報。經(jīng)驗公式方法可參見中國船級社《船舶及產(chǎn)品噪聲控制與檢測指南》。5.3數(shù)值計算方法進器，一般應建立模型并通過邊界元法或大渦模擬方法計算流體擾動，再結合EfowcsWilliams-Hawk-ings方程求解輻射噪聲?；谟邢拊ǖ暮Ｑ笃脚_輻射噪聲預報是將平臺結構、聲場離散為若干單元，建立并求解整個平臺的動力學方程矩陣，得到節(jié)點的振動響應，進而得到計算點聲壓值。有限元法需要結構的詳細屬性信息，一般適用于詳細設計階段中低頻段噪聲預報。采用有限元法預報海洋平臺水下輻射噪聲時，應保證分析頻段內一個波長至少包含5個網(wǎng)格。統(tǒng)計能量分析法是將海洋平臺劃分為若干子系統(tǒng)，子系統(tǒng)通過邊界進行能量交換。建立并求解各子系統(tǒng)的能量平衡方程可得到海洋平臺輻射噪聲。統(tǒng)計能量分析法一般適用于詳細設計階段中高頻段噪聲預報。邊界元法的基本思想是將問題的控制方程轉換成邊界上的積分方程，引入位于邊界上的有限個單元將積分方程離散求解。邊界元法一般適用于詳細設計階段中低頻段噪聲預報。預報海洋平臺水下輻射噪聲時，邊界元法通常與有限元法混合使用。5.3.5大渦模擬結合EfowesWilliams-Hawkings方程法大渦模擬結合EfowcsWilliams-Hawkings方程法是在考慮運動耦合邊界基礎上，對紊流脈動(或紊流渦)的一種空間平均，也就是通過某種濾波函數(shù)將大尺度的渦和小尺度的渦分離開，大尺度的渦直接模擬，小尺度的渦用模型來封閉。該方法主要用來分析推進器直發(fā)聲和對平臺結構的激勵力，需要螺旋槳幾何形狀和運轉工況等信息，一般適用于海洋平臺水下輻射噪聲預報。3GB/T39479—20206預報流程基于經(jīng)驗公式方法的海洋平臺輻射噪聲預報流程可參考經(jīng)認可或指定的規(guī)范或指南。基于數(shù)值計算方法的海洋平臺輻射噪聲預報流程見6.2和6.3。6.2海洋平臺空氣輻射噪聲預報流程海洋平臺空氣輻射噪聲預報流程如下，相應流程圖見圖1。a)根據(jù)海洋平臺總布置圖及結構設計圖，建立振動噪聲預報平臺結構和流場幾何模型。b)根據(jù)海洋平臺作業(yè)功能及布置特點，確定平臺在不同工況條件下的激勵源，并獲取相關振動、噪聲源譜數(shù)據(jù)(例如：廠家提供的設備振動速度或加速度譜、空調設備噪聲功率譜等，也可通過母型平臺實際測量獲取相關譜數(shù)據(jù))。c)海洋平臺結構模態(tài)及自由、受迫振動響應分析，為低頻段聲學有限元計算及艙室外圍艙壁結構空氣輻射噪聲提供結構模態(tài)及響應輸入，具體內容包括：1)建立低頻段平臺結構有限元模型與質量模型；2)考慮附連水作用下的平臺結構自由振動分析；3)設置阻尼系數(shù)，計算艙室外圍艙壁結構受迫振動響應。d)按照以下內容，預報海洋平臺艙室噪聲：1)建立低頻段平臺聲學有限元或邊界元模型，導入低頻段結構模態(tài)計算結果，設置損耗因子、阻尼材料特性等聲學參數(shù)，進行激勵源加載(見7.1.1.3),計算得到低頻段艙室噪聲聲壓級頻響曲線；2)建立高頻段統(tǒng)計能量分析模型，設置聲學相關參數(shù)，進行激勵源加載(見7.1.2.4),計算得到高頻段艙室噪聲聲壓級頻響曲線；3)建立中頻段平臺有限元-統(tǒng)計能量分析混合模型，設置聲學相關參數(shù)，計算得到中頻段艙室噪聲聲壓級頻響曲線；e)綜合露天設備、艙室外圍艙壁結構空氣輻射噪聲及流激噪聲，預報平臺艙室外輻射噪聲。f)確定指定區(qū)域噪聲等級和傳播途徑，根據(jù)經(jīng)認可或指定的公約或規(guī)范評價噪聲水平。4GB/T39479—2020流激噪聲預報(風)艙室外圍艙壁空氣輻射噪聲預報中頻聲學混合高頻聲學統(tǒng)計有限元模型輸入功率望系統(tǒng)平臺艙室噪聲預報載荷施加定義屬性載荷施加網(wǎng)絡劃分圖1海洋平臺空氣輻射噪聲預報流程6.3海洋平臺水下輻射噪聲預報流程海洋平臺水下輻射噪聲預報流程如下，相應流程圖見圖2。a)確定海洋平臺水下輻射噪聲激勵源，獲取相關激勵源頻譜數(shù)據(jù)。注1:激勵源頻譜數(shù)據(jù)可由平臺測試、臺架試驗、公式估算或數(shù)值預報的方式獲取，無法通過實驗獲取的激勵源特性參數(shù)可基于經(jīng)認可或指定的規(guī)范或樣本參數(shù)進行預估。b)確定海洋平臺水下輻射噪聲預報其他輸入?yún)?shù)，主要包括平臺典型結構損耗因子、阻尼材料特c)建立海洋平臺有限元模型，其中流場區(qū)域截斷面可施加無限元或無反射邊界條件，進行海洋平臺總振動分析，檢驗和修正海洋平臺有限元模型。d)在修正有限元模型基礎上，建立海洋平臺水下輻射噪聲預報模型，包括機械噪聲預報模型、水動力噪聲預報模型和推進器噪聲預報模型等。e)基于不同數(shù)值計算方法分別進行不同頻段海洋平臺水下輻射噪聲預報，具體包括：1)中低頻段基于有限元/邊界元法進行機械噪聲預報、水動力噪聲預報和推進器激勵平臺結構產(chǎn)生的水下輻射噪聲預報；2)中高頻段基于統(tǒng)計能量分析法進行機械噪聲預報、水動力噪聲預報和推進器激勵平臺結構產(chǎn)生的水下輻射噪聲預報；3)基于大渦模擬結合EfowcsWilliams-Hawkings方程法進行推進器直發(fā)聲預報。f)對預報結果進行處理，得到全頻段海洋平臺機械噪聲、水動力噪聲和推進器噪聲預報結果，并通過能量疊加得到海洋平臺水下輻射噪聲。5GB/T39479—2020注2:機械噪聲涵蓋空氣傳遞的噪聲、基座支撐傳遞的噪聲和電磁噪聲等，空氣傳遞的噪聲和電磁噪聲相對基座支撐傳遞的噪聲是小量，可忽略不計；水動力噪聲涵蓋湍流噪聲和流激結構噪聲，湍流噪聲相對流激結構噪聲是小量，可忽略不計；推進器噪聲包括推進器直發(fā)聲和推進器激勵平臺結構產(chǎn)生的水下輻射噪聲。g)分析海洋平臺水下輻射噪聲主導傳遞分量和主要傳播途徑，根據(jù)經(jīng)認可或指定的公約或規(guī)范評價噪聲水平。海洋平臺水下輻射噪聲預報有限元模型海洋平臺總振動分析海洋平臺修正有限元模型載荷施加模型水下外殼表面海洋平臺水動力噪聲海洋平臺水下輻射噪聲海洋平臺推進器噪聲預報模型槳軸系統(tǒng)海洋平臺水下輻射噪聲激勵載荷勵源臺架試驗平臺測試海洋平臺機械噪聲預報模型海洋平臺推進器噪聲航行速度阻尼特性損耗因子公式估算圖2海洋平臺水下輻射噪聲預報流程圖7聲學模型7.1海洋平臺空氣輻射噪聲聲學模型海洋平臺空氣輻射噪聲聲學有限元模型應建立整個平臺結構及聲腔模型。建模方法及要求如下：a)平臺外板、橫縱艙壁、各層甲學、密度等屬性，網(wǎng)格尺寸應不大于波長的六分之一。平臺水線面以下外板結構應考慮附連水的影響。b)由艙室甲板和壁板所圍成的封閉的聲空間采用有限元聲腔模擬，應注意聲腔中介質類型的選6GB/T39479—2020c)所有承受載荷板的縱桁及加強筋等采用考慮偏心的梁單元來模擬，應注意梁的布置方向及材料屬性的設置。d)小開孔采用折減板厚的方式進行模擬，窗、門及艙口等大開孔應按照實際形狀模擬。激勵源加載方法如下：應設備基座面板上施加振動速度或加速度頻譜。b)對于推進/動力定位系統(tǒng)中的螺旋槳，其軸承力可周期性的直接作用于海洋平臺與槳軸的連接部位；其脈動壓力可通過壓力施加于平臺相應外板D×D范圍區(qū)域(D為螺旋槳直徑),并在其基座面板上施加振動速度或加速度頻譜。c)噪聲源設備空氣噪聲可通過聲功率或聲壓頻譜加載到相應設備有限元流體網(wǎng)格單元上。7.1.2聲學統(tǒng)計能量分析模型海洋平臺空氣輻射噪聲聲學統(tǒng)計能量分析模型應建立整個平臺的計算模型，至少應包括激勵源、噪聲預報目標處所及兩者間連接區(qū)域結構。建模方法及要求如下：a)平臺外板、甲板及艙壁主要采用板子系統(tǒng)模擬，板子系統(tǒng)的劃分尺寸應盡可能大，確保子系統(tǒng)單位帶寬內的模態(tài)數(shù)目大于5。板子系統(tǒng)中扶強材的規(guī)格及布置情況應在相關子系統(tǒng)屬性中進行準確反映。子系統(tǒng)應根據(jù)實際材料準確設置相關力學、密度及內損耗因子等屬性。b)由艙室甲板和壁板所圍成的封閉的聲空間采用聲腔子系統(tǒng)模擬，應注意聲腔中介質類型的選取及其相應密度的設定(例如：居住艙為空氣、壓載艙為海水、燃油艙為燃油等，其中液艙還需考慮附連水的影響)。c)支柱等采用梁子系統(tǒng)模擬，應注意梁的布置方向及材料屬性的設置。確保板、梁及聲腔所有子系統(tǒng)之間的有效連接(包括梁與板子系統(tǒng)間的點連接、板與板子系統(tǒng)間的線連接和板與聲腔子系統(tǒng)間的面連接),并準確設置其耦合損耗因子。激勵源加載方法如下：a)動力、鉆井及油氣生產(chǎn)等系統(tǒng)中的設備結構噪聲加載，可在相應設備基座面板子系統(tǒng)上施加振動速度或加速度頻譜；b)對于推進/動力定位系統(tǒng)中的螺旋槳，可在其基座面板子系統(tǒng)上施加振動速度或加速度頻譜；c)噪聲源設備空氣噪聲可通過聲功率或聲壓頻譜加載到相應設備所在的聲腔子系統(tǒng)上。海洋平臺空氣輻射噪聲聲學混合模型中的聲學有限元模型和聲學統(tǒng)計能量分析模型分別按7.1.17GB/T39479—2020和7.1.2的相關要求進行處理。7.2海洋平臺水下輻射噪聲聲學模型海洋平臺水下輻射噪聲聲學有限元模型應建立海洋平臺結構、流場區(qū)域模型。建模方法及要求如下：網(wǎng)格離散和加載計算等方面。b)幾何模型簡化方面，采用相應的有限元單元進行模擬，同時注意梁單元的方向和水下外殼板單元的法向方向。根據(jù)海洋平臺基本結構圖等設置結構、材料屬性。按照實際液體參數(shù)設置屬性。流場區(qū)域簡化過程中，還應注意流場區(qū)域尺度的截斷和截斷面邊界條件的設置，流場區(qū)域外圍截斷面可采用無限元或無反射邊界條件以模擬無窮大流場區(qū)域。d)海洋平臺結構和流場區(qū)域的離散應保證分析頻段內一個波長至少包含5個網(wǎng)格。e)海洋平臺結構和流場區(qū)域的耦合應根據(jù)振動噪聲能量實際傳遞方向來選取主被動關系?？冢T等)應按照實際結構尺寸和形狀模擬。作為海洋平臺噪聲的重要激勵源，機械振動一般以振動加速度的形式加載到對應基座面板。螺旋槳作為激勵源的加載方式有兩種：一是軸承力周期性的直接作用于海洋平臺與槳軸的連接部位；二是推進器引起的表面脈動壓力間接作用于平臺相應外板D×D范圍區(qū)域(D為螺旋槳直徑)。7.2.2聲學統(tǒng)計能量分析模型海洋平臺水下輻射噪聲聲學統(tǒng)計能量分析模型應建立整個平臺的水下輻射噪聲結構模型和流場區(qū)域模型。建模方法及要求如下：a)平臺外板、甲板、艙壁等建模方法及要求同7.1.2.2a),但應注意平臺水線面以下外殼結構應考慮附連水的影響；b)由艙室甲板和壁板所圍成的封閉的聲空間建模方法及要求同7.1.2.2b);d)流場區(qū)域應在平臺外部指定位置建立聲場考核點，賦予其海水屬性，并建立海洋平臺水下外殼結構與聲場考核點的聯(lián)系；e)海洋平臺水下輻射噪聲統(tǒng)計能量分析模型應注意