随着我国对海洋开发利用的进一步深入,运输船舶和海洋工程装备的动力性能逐步增强,动力装置引起的振动和噪声对船上人员的影响日益凸显。IMO和各船级社都对舱室的噪声等级做出了严格的限制,对船舶的设计和建造都提出了新的要求。在船舶设计阶段进行振声预报,制定有效的降噪方案,有助于从源头控制舱室中的噪声,避免反复试验和改进耗费时间、人力和物资成本,降低整体费用。中高频噪声是舱室噪声的主要组成部分,研究船舶系统的噪声来源、传递路径及控制方法,对提升船舶行业和国防工业的设计、制造水平具有重要意义。然而,由于船舶结构庞大的计算规模,对船舶的振声仿真精度较低,迄今的研究大多停留在定性分析的阶段;而中高频振声问题的不确定性,导致传统传递路径分析方法对这些频带的问题并不适用。这显然无法满足船舶工程领域减振降噪的需求,因此亟须发展新的求解方法。本文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。本文的主要研究内容和结论如下:(1)分析了中频和高频振声仿真方法的求解特点和选取依据。分别采用有限元-统计能量分析(FE-SEA)混合法和统计能量分析(SEA)法求解复杂系统的中频和高频振声问题,根据结构特征尺寸与内波长关系区分两类方法的求解区间,并据此建立了某船的FE-SEA混合模型和SEA模型,分别用于中频和高频振声问题求解。(2)提出部分FE子系统建模方法和局部模态参数摄动(LMP)法,提高中频问题的求解效率。针对FE-SEA混合法求解大型存在计算效率不足的缺点,仅选取靠近振声源舱室的部分子系统使用确定方法进行描述,其它次要部分结构采用统计方法描述,并使用LMP法分析强耦合结构之间的耦合损耗因子(CLFs),在降低中频问题求解规模的情况下保证仿真结果的准确。(3)确定了机舱主要振声源对人员活动舱室的贡献量。结合台架和实船测试数据,对200～8000 Hz频带的的噪声进行了仿真,分别计算了主机、发电机组和螺旋桨振动和辐射分量在舱室中产生的噪声。结果表明,主机和发电机组的振声分量是噪声的主要来源,螺旋桨的分量可以忽略。(4)提出使用图论算法求解中高频振声能量的传递路径。将中高频振声系统等效为图论框架下的能量传递网络:SEA子系统看作网络图的结点,而根据损耗因子能够得到结点之间有向边的能量传递权重,从而构成SEA赋权有向图。利用图论中的偏离算法求解源结点到目标结点权重最大的K主要路径(KDP),即可得到中高频振声能量的主要传递路径。最后,利用中心性测量方法评价结点在能量传递中的重要性,进而确定在能量传递中起主要作用的关键结构。(5)精细化路径分析对象的选取方法,降低路径计算的复杂度。引入振声温度的概念,根据子系统的能量、模态数和波数计算子系统的温度,确定能量的单向流动,将高于目标子系统的局部结构作为为路径分析对象,减少路径分析的结点和耦合连接数目,降低计算规模。(6)基于中高频振声仿真和传递路径制定了某船的降噪方案。在全船仿真的基础上建立图形网络,求解主机和发电机组到目标舱室中的KDP,并通过中心性测量确定在能量测量中起主要作用的结构和耦合连接。结果表明,对振动影响最大的是输入组和路径组结点,对应主机舱和辅机舱内底以及它们之间的垂直舱壁。采用阻振质量在这些关键结点位置施加减振降噪措施,可使发电机组在附近人员生活舱室的噪声降低5.59 dB(A)。本文的研究不仅解决了 FE-SEA混合法和SEA法在工程应用中存在的部分问题,而且为中高频振声传递路径的求解提供了一种可行的解决方法。图论算法在路径分析中的应用,为复杂系统中能量传递路径分析提供了巧妙的求解方案,量化了局部结构在系统能量传递中的作用,取得了一系列具有工程实用价值的结论,对船舶等复杂系统的噪声设计具有一定的参考价值。