CN110046459B - 一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半潜式海洋平台减振降噪评估技术领域，具体涉及一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，包括以下步骤：半潜式海洋平台总体方案设计分析及结构建模参数梳理；建立半潜式海洋平台几何结构仿真模型；基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型；单机辐射噪声评估；组合工况水下辐射噪声评估。本发明方法合理易行，克服了目前半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估中基于的“人工经验”方法所得结论的不确定性，可大大提高半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估结果的合理性和准确性。

Description

一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法
技术领域
本发明属于半潜式海洋平台减振降噪评估技术领域，具体涉及一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法。
背景技术
随着人类对能源需求的日益增加，油气的开发逐渐从陆地走向海洋，半潜式海洋平台广泛应用于海洋油气资源的开采，主要依靠自身动力装置进行定位，其下浮体处螺旋桨及各类机械设备工作时产生的水下辐射噪声是衡量半潜式海洋平台声学性能的重要指标之一。伴随着人们对海洋生态环境的日益重视，船舶及海洋平台水下辐射噪声控制的呼声越来越高，因此在建造之初准确预报水下辐射噪声，尽早设计减振降噪方案，加强总体方案水下辐射噪声评估，量化水下辐射噪声指标风险，对促进总体方案声学设计，进而提高半潜式海洋平台声学性能和保护海洋生态环境具有重要意义。
水下辐射噪声是由设备工作时产生的激励力作用在结构上引起的结构水下辐射噪声，包括单机辐射噪声和组合设备辐射噪声：单机辐射噪声是指仅有一台设备工作时,该设备激励下浮体结构引起的水下辐射噪声，是半潜式海洋平台总体方案设计时须考核评估的关键指标；组合设备辐射噪声是指有几台设备同时工作时，这些设备激励下浮体结构引起的水下辐射噪声，其中组合工况下需开启的设备同时工作时激励下浮体结构引起的水下辐射噪声又称为组合工况水下辐射噪声，而用于交付验收的组合工况的水下辐射噪声是半潜式海洋平台总体方案设计时须考核评估的关键指标。
目前，国内外针对半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估的方法主要是“人工经验”分析法，尚未建立基于定量计算或仿真的评估方法。根据CCS《船舶水下辐射噪声指南》，在半潜式海洋平台总体方案设计阶段，半潜式海洋平台总体方案设计成果包括总体方案设计说明书、基本结构设计说明书、基本结构图、总布置图、减振降噪方案说明书等文件和图纸资料，与半潜式海洋平台总体方案相关的下浮体结构、中间立柱和甲板平台结构等形式、尺寸、壳板厚度等参数，以及水下辐射噪声指标、设备激励源特性等信息已初步明确，因此，以这些参数为输入建立一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，实现半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声指标风险定量评估具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供了一种适用于半潜式海洋平台总体方案设计进行总体方案水下辐射噪声评估的方法，能够根据半潜式海洋平台总体设计方案，以设备基座振动激励源为输入预估设备单机和组合工况下半潜式海洋平台的远场声压值，转化为水下辐射噪声的总声源级和频带声源级后与水下辐射噪声指标要求对比实现对总体方案水下辐射噪声指标风险大小的评估。
一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，包括以下步骤：
(1)半潜式海洋平台总体方案设计分析及结构建模参数梳理；
(2)建立半潜式海洋平台几何结构仿真模型；
(3)基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型；
(4)单机辐射噪声评估；
(5)组合工况水下辐射噪声评估。
所述半潜式海洋平台总体方案设计分析及结构建模参数梳理，包括：
分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，包括总体方案设计说明书、基本结构设计说明书、基本结构图和总布置图；明确下浮体结构、中间立柱和上甲板平台结构的形式、尺寸和壳板厚度参数；对于未明确厚度参数的结构，参照其他平台相关参数进行取值。
所述建立半潜式海洋平台几何结构仿真模型，包括：
根据步骤(1)获取的相关数据参数，基于有限元方法和三维建模方法建立半潜式海洋平台结构实尺度几何仿真模型，模型包括下浮体结构、中间立柱和上甲板平台结构。
所述基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型，包括：
(3.1)根据步骤(2)建立的半潜式海洋平台结构实尺度几何仿真模型，基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型，结构统计能量分析子系统参照实际结构的拓扑关系进行建模，并保证各结构系统平均模态数在以10Hz为中心频率的1/3倍频程带宽内不少于0.2个；各结构子系统内损耗因子和结构子系统间耦合损耗因子可根据结构子系统内损耗因子频谱曲线和结构子系统间耦合损耗因子频谱曲线分别查取；
(3.2)根据步骤(3.1)建立的半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型，建立辐射噪声考核点模型，在半潜式海洋平台水线面左右侧距离海洋平台d米处沿半潜式海洋平台纵向从艏至艉建立n个声场点，场点间距离不大于1米，d不小于30米；结构子系统到场点的声辐射损耗因子可由结构子系统到场点的声辐射损耗因子频谱曲线查取。
所述单机辐射噪声评估，包括：
(4.1)分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，梳理噪声源设备及其单机辐射噪声指标要求，包括总声源级和频带声源级，按噪声指标由大到小进行排序；
(4.2)梳理步骤(4.1)得到的噪声源设备机脚振动加速度、振动速度或振动位移等指标及其隔振指标，根据基座振动指标计算公式求出各噪声源设备基座振动加速度、振动速度或振动位移；
(4.3)根据步骤(4.1)得到的噪声源设备，以步骤(4.2)得到的设备基座振动特性表征设备激励源特性，在步骤3建立的半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型上进行单个设备激励源边界条件加载，建立单个设备单机噪声评估模型；设备基座振动特性数据加载位置为设备的基座结构统计能量分析子系统，加载方向与振动加速度、速度或位移方向一致；
(4.4)根据步骤(4.3)建立的设备单机辐射噪声评估模型，基于统计能量方法进行求解，获取设备辐射噪声考核点声压计算结果；
(4.5)对比步骤(4.4)计算求得的设备各考核点声压总级大小，取最大值，并根据声源级计算公式求出设备单机辐射噪声总声源级和频带声源级；
(4.6)对比步骤(4.5)得到的设备单机辐射噪声总声源级、频带声源级计算结果和步骤(4.1)得到的单机辐射噪声指标要求，确定半潜式海洋平台总体方案实现设备单机辐射噪声指标风险的大小：
若单机辐射噪声总声源级计算结果小于指标要求3分贝以上，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于3个，则半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标的风险较小，可转入下一阶段工作；
若单机福射噪声总声源级计算结果大于指标要求3分贝以上，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量多于5个，则半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标的风险较大，需对该设备减振降噪方案重新设计；
若单机辐射噪声总声源级计算结果与指标要求相差在±3分贝以内，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于5个，则半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标具有一定风险，可转入下一阶段工作，但需在下一阶段工作中重点关注。
所述组合工况水下辐射噪声评估，包括：
(5.1)分析半潜式海洋平台组合工况下设备的工作情况，确定考核组合工况下工作的噪声源设备：同时确定组合工况水下辐射噪声指标要求，包括总声源级和频带声源级；
(5.2)根据步骤(5.1)得到的组合工况下噪声源设备，以步骤(4.2)得到的设备基座振动特性表征设备激励源特性，在步骤3建立的半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型上同时加载考核组合工况下噪声源设备激励源特性数据，建立考核组合工况水下辐射噪声评估模型；设备基座振动特性数据加载位置为设备的基座结构统计能量分析子系统，加载方向与振动加速度、速度或位移方向一致；
(5.3)根据步骤(5.2)建立的考核组合工况水下辐射噪声评估模型，基于统计能量方法进行求解，获取考核组合工况辐射噪声考核点声压计算结果；
(5.4)根据步骤(5.3)得到的辐射噪声考核点声压计算结果，根据总声级计算公式计算各考核点总声级，绘制总声级随考核点坐标变化的特性曲线，并视为半潜式海洋平台通过特性曲线，由曲线的峰值向半潜式海洋平台纵向轴线做垂线，交点即为半潜式海洋平台的等效声中心；
(5.5)根据步骤(5.4)得到的半潜式海洋平台通过特性曲线最大峰值声压Lpmax和确定的等效声中心，通过声源级计算公式计算等效声中心的水下辐射噪声声源级，包括总声源级和频带声源级；
(5.6)对比步骤(5.5)得到的考核组合工况水下辐射噪声总声源级、频带声源级计算结果和步骤(5.1)得到的考核组合工况水下辐射噪声指标要求，确定半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标风险的大小：
若考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果小于指标要求3分贝以上，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于3个，则半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标的风险较小，可转入下一阶段工作；
若考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果大于指标要求3分贝以上，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量多于5个，则半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标的风险较大，需对总体水下辐射噪声减振降噪方案重新设计；
若考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果与指标要求相差在±3分贝以内，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于5个，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量大于3个但不多于5个，则半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标具有一定风险,可转入下一阶段工作，但需在下一阶段工作中作为风险点之一重点关注。
本发明的有益效果在于：
本发明方法合理易行，克服了目前半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估中基于的“人工经验”方法所得结论的不确定性，可实现对设备单机辐射噪声和组合工况下水下辐射噪声的定量仿真计算，并通过与指标要求对比得到总体方案实现水下辐射噪声指标风险大小的评估结论，相对于目前基于“人工经验”的水下辐射噪声评估方法，可大大提高半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估结果的合理性和准确性。
附图说明
图1是半潜式海洋平台总体方案机械噪声评估方法流程图；
图2是半潜式海洋平台结构子系统内损耗因子随频率变化曲线图；
图3是半潜式海洋平台结构子系统间耦合损耗因子随频率变化曲线图；
图4是结构子系统到场点的声辐射损耗因子随频率变化曲线图；
图5是单机辐射噪声或组合工况水下辐射噪声指标要求频谱示意图；
图6是一台噪声源设备机脚振动加速度指标及其隔振指标频谱图；
图7是一种半潜式海洋平台水下辐射噪声评估模型示意图；
图8是半潜式海洋平台通过特性曲线及等效声中心示意图；
图9是一种单机辐射噪声或组合工况辐射噪声指标要求与计算结果对比示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明提供的是一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，能够根据半潜式海洋平台总体设计方案，以下浮体的设备基座振动激励源为输入预估设备单机和组合工况下半潜式海洋平台的远场声压值，转化为水下辐射噪声的总声源级和频带声源级后与水下辐射噪声指标要求对比，从而实现对总体方案水下辐射噪声指标风险大小的评估。本发明的有益效果：本发明方法合理易行，可实现对设备单机辐射噪声、组合工况下水下辐射噪声的定量仿真计算，并通过与指标要求对比，从而评估水下辐射噪声指标风险大小,相对于目前基于“人工经验”的水下辐射噪声评估方法，可大大提高半潜式海洋平台总体方案阶段水下辐射噪声评估结果的合理性和准确性。
一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，
步骤1、半潜式海洋平台总体方案设计分析及结构建模参数梳理；
步骤2、建立半潜式海洋平台几何结构仿真模型；
步骤3、基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台统计能量模型；
步骤4、单机辐射噪声评估；
步骤5、组合工况水下辐射噪声评估；
步骤1为：
分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，明确平台结构特征参数；对于未明确参数的结构，参照已有平台相关参数进行取值。
步骤2为：
基于三维建模方法建立半潜式海洋平台结构实尺度几何仿真模型，模型包括上甲板结构、中间立柱和下浮体结构等。
步骤3为：
3-1.根据步骤2建立的半潜式海洋平台结构实尺度几何仿真模型，基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台结构统计能量模型；
3-2.根据步骤3-1建立的半潜式海洋平台结构统计能量模型，建立辐射噪声考核点模型。
步骤4为：
4-1.分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，梳理出噪声源设备及其单机辐射噪声指标要求；
4-2.分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，梳理出步骤4-1得到的噪声源指标；
4-3.建立单机噪声评估模型；
4-4.基于统计能量方法进行求解，获取设备辐射噪声考核点声压计算结果；
4-5.根据声源级计算公式求出设备单机辐射噪声总声源级和频带声源级；
4-6.确定半潜式海洋平台总体方案实现设备单机辐射噪声指标风险的大小。
步骤5为：
5-1.根据总体方案，分析半潜式海洋平台组合工况下设备的工作情况，确定考核组合工况下工作的噪声源设备；
5-2.建立考核组合工况水下辐射噪声评估模型；
5-3.基于统计能量方法进行求解，获取考核组合工况辐射噪声考核点声压计算结果；
5-4.确定半潜式海洋平台等效声中心；
5-5.计算等效声中心的水下辐射噪声声源级；
5-6.确定半潜式海洋平台总体方案实现评估组合工况水下辐射噪声指标风险的大小。
本发明属于半潜式海洋平台减振降噪评估技术领域，涉及一种适用于半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估的方法，特别是一种在总体方案设计阶段，根据半潜式海洋平台总体设计方案，基于统计能量法，以设备基座振动激励源为输入预估单机辐射噪声和组合工况水下辐射噪声,并与指标要求对比实现对总体方案水下辐射噪声指标风险评估的方法。
随着人类对能源需求的日益增加，油气的开发逐渐从陆地走向海洋，半潜式海洋平台广泛应用于海洋油气资源的开采，主要依靠自身动力装置进行定位，其下浮体处螺旋桨及各类机械设备工作时产生的水下辐射噪声是衡量半潜式海洋平台声学性能的重要指标之一。伴随着人们对海洋生态环境的日益重视，船舶及海洋平台水下辐射噪声控制的呼声越来越高，因此在建造之初准确预报水下辐射噪声，尽早设计减振降噪方案，加强总体方案水下辐射噪声评估，量化水下辐射噪声指标风险，对促进总体方案声学设计，进而提高半潜式海洋平台声学性能和保护海洋生态环境具有重要意义。
水下辐射噪声是由设备工作时产生的激励力作用在结构上引起的结构水下辐射噪声，包括单机辐射噪声和组合设备辐射噪声：单机辐射噪声是指仅有一台设备工作时,该设备激励下浮体结构引起的水下辐射噪声，是半潜式海洋平台总体方案设计时须考核评估的关键指标；组合设备辐射噪声是指有几台设备同时工作时，这些设备激励下浮体结构引起的水下辐射噪声，其中组合工况下需开启的设备同时工作时激励下浮体结构引起的水下辐射噪声又称为组合工况水下辐射噪声，而用于交付验收的组合工况的水下辐射噪声是半潜式海洋平台总体方案设计时须考核评估的关键指标。
目前，国内外针对半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估的方法主要是“人工经验”分析法，尚未建立基于定量计算或仿真的评估方法。根据CCS《船舶水下辐射噪声指南》，在半潜式海洋平台总体方案设计阶段，半潜式海洋平台总体方案设计成果包括总体方案设计说明书、基本结构设计说明书、基本结构图、总布置图、减振降噪方案说明书等文件和图纸资料，与半潜式海洋平台总体方案相关的下浮体结构、中间立柱和甲板平台结构等形式、尺寸、壳板厚度等参数，以及水下辐射噪声指标、设备激励源特性等信息已初步明确，因此，以这些参数为输入建立一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，实现半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声指标风险定量评估具有重要意义。
本发明所要解决的技术问题是：提供了一种适用于半潜式海洋平台总体方案设计进行总体方案水下辐射噪声评估的方法，能够根据半潜式海洋平台总体设计方案，以设备基座振动激励源为输入预估设备单机和组合工况下半潜式海洋平台的远场声压值，转化为水下辐射噪声的总声源级和频带声源级后与水下辐射噪声指标要求对比实现对总体方案水下辐射噪声指标风险大小的评估。
本发明是一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，其目的这样实现的：
步骤1.半潜式海洋平台总体方案设计成果分析及结构建模参数梳理，分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，包括总体方案设计说明书、基本结构设计说明书、基本结构图和总布置图等，明确下浮体结构、中间立柱和上甲板平台结构等形式、尺寸和壳板厚度参数；对于未明确厚度参数的结构，参照其他平台相关参数进行取值。
步骤2.建立半潜式海洋平台几何结构仿真模型，根据步骤1获取的相关数据参数，基于有限元方法，基于三维建模方法建立半潜式海洋平台结构实尺度几何仿真模型，模型包括下浮体结构、中间立柱和上甲板平台结构等。
步骤3.基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台统计能量模型
(3.1)根据步骤2建立的半潜式海洋平台结构实尺度几何仿真模型，基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型。结构统计能量分析子系统参照实际结构的拓扑关系进行建模，并保证各结构系统平均模态数在以10Hz为中心频率的1/3倍频程带宽内不少于0.2个；各结构子系统内损耗因子和结构子系统间耦合损耗因子可根据结构子系统内损耗因子频谱曲线和结构子系统间耦合损耗因子频谱曲线分别查取。
(3.2)根据步骤(3.1)建立的半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型，建立辐射噪声考核点模型，在半潜式海洋平台水线面左右侧距离海洋平台d米(d≥30)处沿半潜式海洋平台纵向从艏至艉建立n个声场点，场点间距离不大于1米。结构子系统到场点的声辐射损耗因子可由结构子系统到场点的声辐射损耗因子频谱曲线查取。
步骤4.单机辐射噪声评估
(4.1)分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，梳理噪声源设备及其单机辐射噪声指标要求，包括总声源级和频带声源级，并按噪声指标由大到小进行排序。
(4.2)分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，梳理步骤(4.1)得到的噪声源设备机脚振动加速度、振动速度或振动位移等指标及其隔振指标，根据基座振动指标计算公式求出各噪声源设备基座振动加速度、振动速度或振动位移等指标。
(4.3)根据步骤(4.1)得到的噪声源设备，以步骤(4.2)得到的设备基座振动特性(振动加速度、振动速度或振动位移)表征设备激励源特性，在步骤3建立的半潜式海洋平台统计能量模型上进行单个设备激励源边界条件加载，建立单个设备单机噪声评估模型。设备基座振动特性数据加载位置为设备的基座结构统计能量分析子系统，加载方向与振动加速度、速度或位移方向一致。
(4.4)根据步骤(4.3)建立的设备单机辐射噪声评估模型，基于统计能量方法进行求解，获取设备辐射噪声考核点声压计算结果。
(4.5)对比步骤(4.4)计算求得的设备各考核点声压总级大小，取最大值，并根据声源级计算公式求出设备单机辐射噪声总声源级和频带声源级。
(4.6)对比步骤(4.5)得到的设备单机辐射噪声总声源级、频带声源级计算结果和步骤(4.1)得到的单机辐射噪声指标要求，确定半潜式海洋平台总体方案实现设备单机辐射噪声指标风险的大小：
①单机辐射噪声总声源级计算结果小于指标要求3分贝以上，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于3个时，半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标的风险较小，可转入下一阶段工作；
②单机福射噪声总声源级计算结果大于指标要求3分贝以上，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量多于5个时，半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标的风险较大，需对该设备减振降噪方案重新设计；
③单机辐射噪声总声源级计算结果与指标要求相差在±3分贝以内，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于5个时，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量大于3个但不多于5个时，半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标具有一定风险，可转入下一阶段工作，但需在下一阶段工作中重点关注。
步骤5.考核组合工况水下辐射噪声评估
(5.1)根据总体方案，分析半潜式海洋平台组合工况下设备的工作情况，确定考核组合工况下工作的噪声源设备：同时确定组合工况水下辐射噪声指标要求，包括总声源级和频带声源级。
(5.2)根据步骤(5.1)得到的组合工况下噪声源设备，以步骤(4.2)得到的设备基座振动特性(振动加速度、振动速度或振动位移)表征设备激励源特性，在步骤3建立的半潜式海洋平台统计能量模型上同时加载考核组合工况下噪声源设备激励源特性数据，建立考核组合工况水下辐射噪声评估模型。设备基座振动特性数据加载位置为设备的基座结构统计能量分析子系统，加载方向与振动加速度、速度或位移方向一致。
(5.3)根据步骤(5.2)建立的考核组合工况水下辐射噪声评估模型，基于统计能量方法进行求解，获取考核组合工况辐射噪声考核点声压计算结果。
(5.4)确定半潜式海洋平台等效声中心
根据步骤(5.3)得到的辐射噪声考核点声压计算结果，根据总声级计算公式计算各考核点总声级，绘制总声级随考核点坐标变化的特性曲线，并视为半潜式海洋平台通过特性曲线，由曲线的峰值向半潜式海洋平台纵向轴线做垂线，交点即为半潜式海洋平台的等效声中心。
(5.5)根据步骤(5.4)得到的半潜式海洋平台通过特性曲线最大峰值声压Lpmax和确定的等效声中心，通过声源级计算公式计算等效声中心的水下辐射噪声声源级，包括总声源级和频带声源级。
(5.6)对比步骤(5.5)得到的考核组合工况水下辐射噪声总声源级、频带声源级计算结果和步骤(5.1)得到的考核组合工况水下辐射噪声指标要求，确定半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标风险的大小：
①考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果小于指标要求3分贝以上，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于3个时，半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标的风险较小，可转入下一阶段工作；
②考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果大于指标要求3分贝以上，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量多于5个时，半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标的风险较大，需对总体水下辐射噪声减振降噪方案重新设计；
③考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果与指标要求相差在±3分贝以内，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于5个时，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量大于3个但不多于5个时，半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标具有一定风险,可转入下一阶段工作，但需在下一阶段工作中作为风险点之一重点关注。
本发明方法合理易行，克服了目前半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估中基于的“人工经验”方法所得结论的不确定性，可实现对设备单机辐射噪声和组合工况下水下辐射噪声的定量仿真计算，并通过与指标要求对比得到总体方案实现水下辐射噪声指标风险大小的评估结论，相对于目前基于“人工经验”的水下辐射噪声评估方法，可大大提高半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估结果的合理性和准确性。
步骤1.根据半潜式海洋平台总体方案设计成果，并参考己有类似半潜式海洋平台的结构相关参数，梳理出半潜式海洋平台结构建模参数，分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，包括总体方案设计说明书、基本结构设计说明书、基本结构图和总布置图等，明确下浮体结构、中间立柱上和甲板平台结构等形式、尺寸、壳板厚度及材料属性等建模参数；对于未明确厚度参数及材料属性的结构，参考己有半潜式海洋平台结构相关参数进行取值。
步骤2.根据步骤1获取的半潜式海洋平台结构建模参数，基于二维建模方法建立半潜式海洋平台结构实尺度几何仿真模型。模型包括下浮体结构、中间立柱和上甲板平台结构等。
步骤3.根据步骤2建立的半潜式海洋平台结构实尺度几何仿真模型，基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台统计能量分析评估模型：
(3.1)根据步骤2建立的半潜式海洋平台结构实尺度几何仿真模型，基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型，模型包括下浮体结构、中间立柱和上甲板平台结构等。结构统计能量分析子系统参照实际结构的拓扑关系进行建模，并保证各结构子系统平均模态数在以10Hz为中心频率的1/3倍频程带宽内不少于0.2个；各结构子系统内损耗因子按照图1取值；各结构子系统间耦合损耗因子按照图2取值。
(3.2)根据步骤(3.1)建立的半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型，建立辐射噪声考核点模型，在半潜式海洋平台水线面左右侧距离海洋平台d米(d≥30)处沿半潜式海洋平台纵向从船艏到船艉建立n个声场点，场点间距离不大于1米。结构子系统到场点的声辐射损耗因子按照图3取值。
步骤4.根据步骤3建立的半潜式海洋平台统计能量评估模型和半潜式海洋平台总体方案，开展设备单机辐射噪声评估：
(4.1)分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，梳理出噪声源设备及其单机辐射噪声指标要求，包括总声源级和频带声源级，频带声源级示例如图4，并按噪声指标由大到小进行排序，即设备1，设备2,…设备i。
(4.2)分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，梳理出步骤(4.1)得到的噪声源设备机脚振动加速度、振动速度或振动位移等指标a及其隔振指标Δa，设备机脚振动加速度及其隔振量示例如图5所示，根据基座振动指标计算公式求出各噪声源设备基座振动加速度、振动速度或振动位移等指标a':
a'＝a-Δa
(4.3)根据步骤(4.1)得到的噪声源设备，以步骤(4.2)得到的设备基座振动特性(振动加速度、振动速度或振动位移)表征设备激励源特性，在步骤3建立的半潜式海洋平台统计能量评估模型上进行设备i(i＝1,2,…)激励源边界条件加载，建立设备i单机辐射噪声评估模型，模型示例如图6。设备基座振动特性数据加载位置为设备的基座结构统计能量分析子系统，加载方向与振动加速度、速度或位移方向一致。
(4.4)根据步骤(4.3)建立的设备i单机辐射噪声评估模型，基于统计能量法进行求解，获取设备i辐射噪声考核点声压计算结果Pj(j＝l，2，3，…，n)
(4.5)对比步骤(4.4)计算求得的设备i各考核点声压总级大小，取最大值Pmax，并根据声源级计算公式求出设备Pj单机辐射噪声总声源级Lpo和频带声源级Lpoi
Lpoi＝Lpi+201g(r)
Figure BDA0002042749260000111
Lpi＝201g(Pmax/P0)
式中，r为声压最大值所在的声场考核点与设备之间的距离；Pmaxi为第i个频率下的计算声压；P0＝10-6为参考声压。
(4.6)对比步骤(4.5)得到的设备i单机辐射噪声总声源级、频带声源级计算结果和步骤(4.1)得到的单机辐射噪声指标要求，确定半潜式海洋平台总体方案实现设备i单机福射噪声指标风险的大小：
①单机辐射噪声总声源级计算结果小于指标要求3分贝以上，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于3个时，半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标的风险较小，可转入下一阶段工作；
②单机福射噪声总声源级计算结果大于指标要求3分贝以上，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量多于5个时，半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标的风险较大，需对该设备减振降噪方案重新设计；
③单机辐射噪声总声源级计算结果与指标要求相差在±3分贝以内，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于5个时，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量大于3个但不多于5个时，半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标具有一定风险，可转入下一阶段工作，但需在下一阶段工作中重点关注。
步骤5.考核组合工况水下辐射噪声评估：
(5.1)根据总体方案，分析半潜式海洋平台考核组合工况下设备的工作情况，确定考核组合工况下工作的噪声源设备，包括即设备1，设备2,…，设备j；同时确定考核组合工况水下辐射噪声指标要求，包括总声源级和频带声源级。
(5.2)根据步骤(5.1)得到的考核组合工况下噪声源设备，以步骤(4.2)得到的设备基座振动特性(振动加速度、振动速度或振动位移)表征设备激励源特性，在步骤3建立的半潜式海洋平台水下辐射噪声评估模型上同时加载考核组合工况下噪声源设备激励源特性数据，建立考核组合工况水下辐射噪声评估模型。设备基座振动特性数据加载位置为设备的基座结构统计能量分析子系统，加载方向与振动加速度、速度或位移方向一致。
(5.3)根据步骤(5.2)建立的考核组合工况水下辐射噪声评估模型，基于统计能量方法进行求解，获取考核组合工况辐射噪声考核点声压计算结果Pm(m＝1，2，3，…，n)。
(5.4)确定半潜式海洋平台的等效声中心
根据步骤(5.3)得到的辐射噪声考核点声压计算结果，根据总声级计算公式计算各考核点总声级，绘制总声级随考核点坐标变化的特性曲线，并视为半潜式海洋平台通过特性曲线，由曲线的峰值向半潜式海洋平台纵向轴线做垂线，交点即为半潜式海洋平台的等效声中心，示例如图7。总声级计算公式为：
Figure BDA0002042749260000121
Lpk＝201g(Pk/P0)
式中，Pk为第k个频率下的计算声压。
(5.5)根据步骤(5.4)得到的半潜式海洋平台通过特性曲线最大峰值声压Lpmax和确定的等效声中心，通过声源级计算公式计算等效声中心的水下辐射噪声声源级，包括总声源级和频带声源级，
Lpok＝Lpmaxk+201g(R)
Figure BDA0002042749260000122
式中，R为通过特性曲线最大峰值所在的场点到等效声中心的距离。
(5.6)对比步骤(5.5)得到的考核组合工况水下辐射噪声总声源级、频带声源级计算结果和步骤(5.1)得到的考核组合工况水下辐射噪声指标要求，计算结果和指标对比如图8，确定半潜式海洋平台总体方案实现考核组合工况水下辐射噪声指标风险的大小：
①考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果小于指标要求3分贝以上，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于3个时，半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标的风险较小，可转入下一阶段工作；
②考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果大于指标要求3分贝以上，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量多于5个时，半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标的风险较大，需对总体水下辐射噪声减振降噪方案重新设计；
③考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果与指标要求相差在±3分贝以内，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于5个时，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量大于3个但不多于5个时，半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标具有一定风险,可转入下一阶段工作，但需在下一阶段工作中作为风险点之一重点关注。
由此可见，该方法可实现对半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声指标风险进行评估。

Claims (5)

1.一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)半潜式海洋平台总体方案设计分析及结构建模参数梳理；
(2)建立半潜式海洋平台几何结构仿真模型；
(3)基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型；
(4)单机辐射噪声评估；
(5)组合工况水下辐射噪声评估，所述基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型，包括：
(3.1)根据步骤(2)建立的半潜式海洋平台结构实尺度几何仿真模型，基于统计能量分析方法建立半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型，结构统计能量分析子系统参照实际结构的拓扑关系进行建模，并保证各结构系统平均模态数在以10Hz为中心频率的1/3倍频程带宽内不少于0.2个；各结构子系统内损耗因子和结构子系统间耦合损耗因子可根据结构子系统内损耗因子频谱曲线和结构子系统间耦合损耗因子频谱曲线分别查取；
(3.2)根据步骤(3.1)建立的半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型，建立辐射噪声考核点模型，在半潜式海洋平台水线面左右侧距离海洋平台d米处沿半潜式海洋平台纵向从艏至艉建立n个声场点，场点间距离不大于1米，d不小于30米；结构子系统到场点的声辐射损耗因子可由结构子系统到场点的声辐射损耗因子频谱曲线查取。
2.根据权利要求1所述的一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，其特征在于，所述半潜式海洋平台总体方案设计分析及结构建模参数梳理，包括：
分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，包括总体方案设计说明书、基本结构设计说明书、基本结构图和总布置图；明确下浮体结构、中间立柱和上甲板平台结构的形式、尺寸和壳板厚度参数；对于未明确厚度参数的结构，参照其他平台相关参数进行取值。
3.根据权利要求1所述的一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，其特征在于，所述建立半潜式海洋平台几何结构仿真模型，包括：
根据步骤(1)获取的相关数据参数，基于有限元方法和三维建模方法建立半潜式海洋平台结构实尺度几何仿真模型，模型包括下浮体结构、中间立柱和上甲板平台结构。
4.根据权利要求1所述的一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，其特征在于，所述单机辐射噪声评估，包括：
(4.1)分析半潜式海洋平台总体方案设计成果，梳理噪声源设备及其单机辐射噪声指标要求，包括总声源级和频带声源级，按噪声指标由大到小进行排序；
(4.2)梳理步骤(4.1)得到的噪声源设备机脚振动加速度、振动速度或振动位移等指标及其隔振指标，根据基座振动指标计算公式求出各噪声源设备基座振动加速度、振动速度或振动位移；
(4.3)根据步骤(4.1)得到的噪声源设备，以步骤(4.2)得到的设备基座振动特性表征设备激励源特性，在步骤3建立的半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型上进行单个设备激励源边界条件加载，建立单个设备单机噪声评估模型；设备基座振动特性数据加载位置为设备的基座结构统计能量分析子系统，加载方向与振动加速度、速度或位移方向一致；
(4.4)根据步骤(4.3)建立的设备单机辐射噪声评估模型，基于统计能量方法进行求解，获取设备辐射噪声考核点声压计算结果；
(4.5)对比步骤(4.4)计算求得的设备各考核点声压总级大小，取最大值，并根据声源级计算公式求出设备单机辐射噪声总声源级和频带声源级；
(4.6)对比步骤(4.5)得到的设备单机辐射噪声总声源级、频带声源级计算结果和步骤(4.1)得到的单机辐射噪声指标要求，确定半潜式海洋平台总体方案实现设备单机辐射噪声指标风险的大小：
若单机辐射噪声总声源级计算结果小于指标要求3分贝以上，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于3个，则半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标的风险较小，可转入下一阶段工作；
若单机福射噪声总声源级计算结果大于指标要求3分贝以上，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量多于5个，则半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标的风险较大，需对该设备减振降噪方案重新设计；
若单机辐射噪声总声源级计算结果与指标要求相差在±3分贝以内，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于5个，则半潜式海洋平台总体方案实现单机辐射噪声指标具有一定风险，可转入下一阶段工作，但需在下一阶段工作中重点关注。
5.根据权利要求1所述的一种半潜式海洋平台总体方案水下辐射噪声评估方法，其特征在于，所述组合工况水下辐射噪声评估，包括：
(5.1)分析半潜式海洋平台组合工况下设备的工作情况，确定考核组合工况下工作的噪声源设备：同时确定组合工况水下辐射噪声指标要求，包括总声源级和频带声源级；
(5.2)根据步骤(5.1)得到的组合工况下噪声源设备，以步骤(4.2)得到的设备基座振动特性表征设备激励源特性，在步骤3建立的半潜式海洋平台结构统计能量分析评估模型上同时加载考核组合工况下噪声源设备激励源特性数据，建立考核组合工况水下辐射噪声评估模型；设备基座振动特性数据加载位置为设备的基座结构统计能量分析子系统，加载方向与振动加速度、速度或位移方向一致；
(5.3)根据步骤(5.2)建立的考核组合工况水下辐射噪声评估模型，基于统计能量方法进行求解，获取考核组合工况辐射噪声考核点声压计算结果；
(5.4)根据步骤(5.3)得到的辐射噪声考核点声压计算结果，根据总声级计算公式计算各考核点总声级，绘制总声级随考核点坐标变化的特性曲线，并视为半潜式海洋平台通过特性曲线，由曲线的峰值向半潜式海洋平台纵向轴线做垂线，交点即为半潜式海洋平台的等效声中心；
(5.5)根据步骤(5.4)得到的半潜式海洋平台通过特性曲线最大峰值声压Lpmax和确定的等效声中心，通过声源级计算公式计算等效声中心的水下辐射噪声声源级，包括总声源级和频带声源级；
(5.6)对比步骤(5.5)得到的考核组合工况水下辐射噪声总声源级、频带声源级计算结果和步骤(5.1)得到的考核组合工况水下辐射噪声指标要求，确定半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标风险的大小：
若考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果小于指标要求3分贝以上，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于3个，则半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标的风险较小，可转入下一阶段工作；
若考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果大于指标要求3分贝以上，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量多于5个，则半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标的风险较大，需对总体水下辐射噪声减振降噪方案重新设计；
若考核组合工况水下辐射噪声总声源级计算结果与指标要求相差在±3分贝以内，且计算结果大于指标要求的频带声源级数量不多于5个，或计算结果大于指标要求的频带声源级数量大于3个但不多于5个，则半潜式海洋平台总体方案实现组合工况水下辐射噪声指标具有一定风险,可转入下一阶段工作，但需在下一阶段工作中作为风险点之一重点关注。
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