周慶云，邱立凡，郭穎釗，洪偉龍

(1.中國船舶科學研究中心船舶振動噪聲重點實驗室，江蘇無錫214082;2.中國船級社江蘇分社，江蘇南京210011)

0 引言

目前，各種形式的隔聲產(chǎn)品已廣泛應用于船舶和海洋平臺制造行業(yè)。船舶建造對噪聲指標要求日趨嚴格，國際海事組織(IMO)第 91屆海安會(MSC91)通過了第338號關(guān)于SOLAS修正案的決議，提出了船舶噪聲防護的新規(guī)則要求，規(guī)定了居住處所的艙壁和甲板的隔聲性能要求，2014年7月1日以后簽訂建造合同的新建船舶將強制執(zhí)行新的噪聲限值標準，并強制要求進行船用產(chǎn)品空氣聲隔聲性能檢測。

對于船舶艙室隔聲來說，船舶構(gòu)件的隔聲性能是根本，因此應該對船舶構(gòu)件的隔聲性能有嚴格的要求，通過實驗室的檢測來評價隔聲性能。但目前在已頒布的測量結(jié)構(gòu)隔聲性能的標準之中，只有對建筑結(jié)構(gòu)的隔聲測試規(guī)范［1，3］，而船舶在內(nèi)舾裝中，有的是直接將耐火材料敷設在艙壁、甲板的鋼板上，其結(jié)構(gòu)形式特殊，不能完全參照建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)范進行隔聲性能測試。為了對相關(guān)船用產(chǎn)品廠家提供的船舶內(nèi)舾裝材料的隔聲性能評價與產(chǎn)品定型，對船舶艙壁和甲板用耐火材料的隔聲試驗試樣進行了專門設計和試驗。

1 隔聲試驗介紹

1.1 隔聲測試實驗室

構(gòu)件的隔聲試驗采用混響室-混響室法，在專門的隔聲室中測量。隔聲室由聲源室和接收室兩部分組成，兩室連接處為安裝被測試件的測試洞口，測試樣品安裝在聲源室側(cè)的洞口上，測試洞口最大尺寸:4 m×3 m=12 m2。

隔聲試驗系統(tǒng)由12面體球形聲源和空氣聲測試系統(tǒng)組成。

1.2 隔聲測試方法

構(gòu)件的隔聲測試依據(jù)ISO 10140-2—2010的方法進行。通過在聲源室形成穩(wěn)定的聲場，測量聲源室和接收室的平均聲壓級，再對兩室的平均聲壓級差進行修正得到其隔聲量。以1/3倍頻程中心頻率100～3 150 Hz范圍測試，其計算公式見式(1):

式中:R為隔聲量，dB;L1為聲源室的聲壓級，dB;L2為接收室的聲壓級，dB;S為試件面積，m2;A為接收室的吸聲量，m2，計算方法見式(2):

其中:T60為混響時間，s;V為接受室體積，m3。

首先，通過測量聲源室和接受室內(nèi)的平均聲壓級以及接受室的混響時間，即可由式(1)計算得出試件的隔聲量。然后根據(jù)ISO 717-1—2013，用隔聲單值評價量對1/3倍頻程測量數(shù)據(jù)進行評價，即試樣的計權(quán)隔聲指數(shù)RW。

2 船用耐火材料構(gòu)件

船舶的艙壁和甲板結(jié)構(gòu)最常用的隔聲材料包括:巖棉、陶瓷棉、陶瓷纖維氈、復合氧化鋁毯等棉制品、甲板敷料。它們具有防火、吸聲或振動阻尼作用，與鋼壁板結(jié)合后有較好的隔聲性能。由于這些材料有的在船上需要安裝在鋼艙壁或鋼甲板上使用，因此，實際應對加上耐火材料后的艙壁構(gòu)件和甲板構(gòu)件進行隔聲性能測試。下面對耐火棉制品材料試樣的結(jié)構(gòu)進行介紹。

2.1 隔聲材料試樣的基板結(jié)構(gòu)

根據(jù)ISO 10140-2—2010隔聲測試標準，為了評價構(gòu)件的隔聲指數(shù)，將隔聲壁板結(jié)構(gòu)試件和甲板結(jié)構(gòu)試件的測試面積統(tǒng)一確定為10 m2。隔聲試驗用的鋼艙壁或鋼甲板都按照實際船舶結(jié)構(gòu)加工，在5 mm厚鋼板上間隔600 mm焊接角鋼(L形)，在鋼板的另兩邊即角鋼的正交方向焊接扁鋼，角鋼和扁鋼則分別根據(jù)鋼艙壁或鋼甲板的規(guī)格要求使用。為巖棉、陶瓷棉、陶瓷纖維氈等棉制品設計的試驗鋼艙壁或鋼甲板如圖1所示，基板的一面為平面，另一面上焊有角鋼和扁鋼。考慮試驗中試件的安裝和四周的密封，圖中試件尺寸略微放大，以滿足試件安裝后的測試面積為10 m2。

2.2 耐火棉制品材料試樣結(jié)構(gòu)

耐火棉制品試樣是將棉制品附在圖1的鋼板上，本文實際使用鋼板規(guī)格為3 980 mm×2 580 mm×4.8 mm。安裝程序是先將棉制品附在角鋼一面的鋼板上，然后在角鋼(又稱扶強材)上附上棉制品，最后通過焊在鋼壁板上的碰釘壓住。

圖1 耐火材料隔聲試驗用基板(單位:mm)

3 隔聲性能測試及結(jié)果

3.1 棉制品的隔聲測試

3.1.1 艙壁結(jié)構(gòu)測量結(jié)果

棉制品材料和鋼艙壁形成艙壁構(gòu)件，試件有效測試面積為10 m2。表1列出了4種艙壁構(gòu)件試樣的規(guī)格及其隔聲測量結(jié)果。表中，A60-B-03的厚度(35+35)mm+40 mm扶強材是指鋼板上巖棉厚度為(35+35)mm，扶強材(角鋼)上巖棉厚度為40 mm。其余試件在扶強材上棉制品的厚度與鋼板上的厚度相同。圖2～圖3給出了2個艙壁試樣的結(jié)構(gòu)圖樣。圖4～圖7給出隔聲指數(shù)頻譜結(jié)果圖，圖中三折線為ISO 717-1規(guī)定的參考值曲線。

表1 艙壁構(gòu)件隔聲測試結(jié)果

圖2 A60-B-01巖棉艙壁(單位:mm)

圖3 A60-B-03巖棉艙壁(單位:mm)

3.1.2 甲板結(jié)構(gòu)測量結(jié)果

棉制品材料和鋼甲板形成甲板構(gòu)件試件有效測試面積為10 m2。表2列出了4種甲板構(gòu)件試樣的隔聲測量結(jié)果，圖8～圖11給出隔聲指數(shù)頻譜結(jié)果圖，圖中三折線為ISO 717-1規(guī)定的參考值曲線。

圖4 A60-BR陶瓷棉艙壁隔聲量頻譜圖

圖5 A60-B-05陶瓷纖維氈艙壁隔聲量頻譜圖

圖6 A60-B-01巖棉艙壁隔聲量頻譜圖

圖7 A60-B-03巖棉艙壁隔聲量頻譜圖

表2 甲板構(gòu)件隔聲測試結(jié)果

3.2 隔聲測試分析

由隔聲量頻譜圖可見，棉制品鋼壁板試樣的隔聲量隨著頻率的增加呈上升趨勢，中高頻的隔聲效果好于低頻的隔聲效果。

表1～表2的隔聲測試結(jié)果表明，對于同樣厚度的材料，陶瓷棉和陶瓷纖維氈的隔聲量要大于巖棉的隔聲量;同種棉制品材料，隨著敷設的棉制品厚度增加，隔聲量也有所增加。

圖8 A60-D-01陶瓷棉甲板隔聲量頻譜圖

圖9 A60-D-02巖棉甲板隔聲量頻譜圖

圖10 A60-D-03巖棉甲板隔聲量頻譜圖

4 結(jié)論

通過對船舶艙壁和甲板用材料的隔聲性能測試和探索，已摸索出了該類試樣測試的安裝方法，可以為國內(nèi)各船用材料廠家的空氣聲隔聲進行檢測，提升了我國船用產(chǎn)品在國際市場上的競爭力。

經(jīng)過一系列的隔聲測試，了解到耐火棉制品材料與船舶鋼壁板結(jié)合起來后具有較好的隔聲性能。船舶設計單位和建造廠可根據(jù)產(chǎn)品的隔聲性能和成本綜合考慮選用，為船舶艙室噪聲控制提供了參考。

圖11 A60-D-05陶瓷纖維甲板隔聲量頻譜圖

［1］ ISO 10140-2—2010，Acoustics-Laboratory measurement of sound insulation of building elements-Part2:Measurement of airborne sound insulation［S］.

［2］ ISO 717-1—2013，Acoustics-Rating of sound insulation in buildings and of building elements-Part1:Airborne sound insulation［S］.

［3］ GB/T 19889.3—2005，聲學 建筑和建筑構(gòu)件隔聲測量 第3部分:建筑構(gòu)件空氣聲隔聲的實驗室測量［S］.

［4］ 馬大酋.噪聲與振動控制工程手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2002.