海洋平台上噪声分析方法

    在海洋平台上，维持工艺流程正常运转所使用的主机、压缩机、泵、电机及火炬等设备都会产生高分贝噪声。这些噪声会对海上作业人员的身心健康及平台的正常运转产生不利的影响。为了保护平台作业人员的身心健康，《海上固定平台安全规则》对平台各区域的噪声声压级提出强制性要求。在平台设计阶段，由于不能通过现场实测得到平台噪音数据，因此通常采用数值模拟的方法预测各区域噪音声压级。根据预测结果优化平台上的设备布置，并采取适当的减振降噪措施以满足各相关标准的具体要求。

    1 数值分析方法及其在海洋平台中的应用

    常用的声振环境预示方法主要有四种：边界元法（BEM）、有限元法（FEM）、统计能量分析(SEA)法和声线法。

    1.1 边界元法

    1.1.1 传统边界元法

    传统的边界元分析法是一种将区域性问题转化为边界性问题的方法，它的基础是边界元积分方程。该方法的优点在于它能对所处理的问题进行降维求解，从而使方程组的数量大大减少。式(1)反映了声场中的点与边界上各种边界条件之间的关系[1]

    式中 p (X) 为声场中任意一点的声压，p (Y) 为声源所在点的声压，α(X) 为与曲面光滑程度有关的系数，vn(Y) 为媒介在声源边界上一点的法向速度。，其中，r= X-Y ，k为波数。

    基于传统边界元法进行噪声分析的软件有SYSnoise，LMS Virtual.Lab 和 VAone 等。SYSnoise软件是以振动数据为输入条件，模拟计算平台上的结构振动产生的辐射噪声。

    1.1.2 快速多极边界元法

    快速多极边界元法（FMM）是一种用来处理超大规模边界元问题的方法，是对传统边界元技术的完善。传统边界元法形成的求解方程的系数矩阵是非对称满阵，其求解需要大量的计算机资源，计算能力成为制约边界元法在大规模声学领域发展和应用的瓶颈。然而，FMM的出现解决了这一难题[2]。它利用高速迭代技术以及基于多极扩展和多级别分层细胞子结构的复杂算法求解边界元问题[3]，不同于对整体模型进行直接求解。该方法自动把模型分成若干区域，各区域又进一步不断地分解为更多子区域。最终每个子区域仍按照传统边界元模型对待，而各子区域之间的关系则用一个转换算子描述，并采用快递迭代算法求解整体模型。快速多极算法将计算量和存储量的量级从原来的 O(N2)减少到 O(N)，因此非常适合处理大规模计算问题。目前，在国际上快速多极边界元方法已应用到声学领域[4]，并工程应用前景。