Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/11114
Title: Structure borne noise due to marine diesel engines: experimental study and numerical simulation for the prediction of the dynamic behaviour of resilient mounts
Authors: Moro, Lorenzo
Keywords: Structure-borne noiseRumore strutturaleComfort on board shipComfort a bordo naveShip noise and vibrationRumore e vibrazioni a bordo delle naviresilient mount for marine diesel engineElemento resiliente per motore marinoMechanical mobility of marine diesel engine foundationMobilità meccanica di una fondazione di motore diesel marinoDynamic FEM analysis of ship structuresAnalisi dinamica FEM delle strutture navaliNon-linear dynamic FEM analysis of passive rubber isolatorAnalisi dinamica non linear FEM di un isolatore passivo in gommaExperimental testsTest sperimentaliVibration measurement on board ship.Misure di vibrazioni a bordo nave
Issue Date: 28-Apr-2015
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: Gli alti livelli di comfort che sono richiesti oggigiorno a bordo di navi da crociera e mega-yachts, portano i progettisti a concentrare la loro attenzione sul problema del rumore strutturale. I motori diesel quattro tempi che sono installati a bordo nave come motori principali o diesel generatori, sono tra le principali sorgenti di rumore strutturale. Per questa ragione, al fine di ridurre l’energia vibrazionale generata da queste sorgenti e trasmessa, tramite le strutture nave, ai locali alloggio, i motori diesel sono sospesi mediante elementi resilienti. Tali elementi resilienti disaccoppiano la sorgente di rumore e vibrazioni (motore diesel) dal mezzo di propagazione (le strutture nave) e isolano dunque la sorgente dalle strutture riceventi. I livelli di rumore strutturale misurati alle fondazioni del motore diesel dipendono dai livelli di velocità misurati sulla sorgente (cioè ai piedi del motore diesel), dai livelli di impedenza meccanica degli elementi resilienti e dai livelli di mobilità meccanica delle fondazioni del motore diesel. Il single-point approach è un approccio semplificato per la previsione dei livelli di rumore strutturale che trascura l’interazione tra elementi resilienti. Secondo tale teoria, al fine di ridurre il rumore strutturale trasmesso attraverso gli elementi resilienti alle strutture nave, si deve ridurre l’impedenza meccanica degli elementi resilienti così come la mobilità meccanica delle fondazioni del motore diesel. In altre parole, si devono aumentare la rigidezza dinamica degli elementi resilienti così come l’impedenza meccanica delle fondazioni del motore diesel. Ad oggi, l’impedenza meccanica degli elementi resilienti può essere ricavata solo mediante prove sperimentali in laboratorio, mentre la mobilità meccanica del motore diesel è solitamente misurata quando la nave è in costruzione. Dunque non vi è la possibilità di predire, in fase progettuale, il rumore strutturale dovuto ai motori diesel. In questa tesi, viene presentata una procedura per la simulazione del rumore strutturale dovuto a motori diesel marini. La procedura si basa su test sperimentali e simulazioni numeriche. Nella prima parte della tesi sono richiamate le basi teoriche necessarie per l’esecuzione delle procedure numeriche e delle prove sperimentali. Sono dunque presentati i risultati delle analisi numeriche per simulare la mobilità delle fondazioni dei motori diesel marini. I risultati delle analisi FEM sono stati validati mediante confronto dei risultati delle analisi numeriche con i dati ottenuti da una campagna di misure eseguite a bordo nave. Successivamente sono presentati i risultati di una serie di prove eseguite per collaudare una nuova macchina sperimentale per misurare l’impedenza meccanica degli elementi resilienti. Lo scopo del collaudo era definire una procedura per l’utilizzo della macchina e per l’esecuzione di prove sperimentali in accordo alla ISO 10846, che è considerata normativa di riferimento per questo tipo di prove. Si è dunque proceduto con l’esecuzione di prove sperimentali eseguite su un elemento resiliente per motori diesel marini. Le prove sono state eseguite a differenti carichi statici. I risultati di queste prove sperimentali sono stati utilizzati per settare un modello numerico che simuli il comportamento non-lineare del componente in gomma del resiliente. I risultati ottenuti sia dalle prove sperimentali sia dalle simulazioni numeriche sono stati utilizzati per predire il rumore strutturale generato dai motori diesel, in accordo al single-point approach. I risultati ottenuti dall’applicazione del metodo sono stati confrontati con misure eseguite a bordo e sono stati discussi per evidenziare vantaggi e svantaggi dell’applicazione del metodo. Le procedure numeriche per la simulazione del comportamento dinamico del resiliente e della fondazione costituiscono un primo passo per l’ottimizzazione del sistema di isolazione del motore diesel marino.
The high level of comfort that is required today on board cruise vessels and mega-yachts, leads the designers to focus their attention on structure-borne noise issues. Four-stroke diesel engines that are installed on board as main diesel engines for the propulsion system and as gen-sets, are usually the main sources of structure-borne noise. For this reason, the diesel engines are usually resiliently mounted in order to reduce the vibration energy generated by these sources and transmitted through the ship structures to the accommodation areas. These mounts decouple the noise and vibration source (diesel engine) from the means of wave propagation (ship structures) and so, they isolate the source from the receiving structures. The structure-borne noise levels measured at the diesel engine foundation depend on the velocity levels measured at the source (diesel engine feet), on the mechanical impedance levels of the resilient mounts and on the mechanical mobility levels of the diesel engine foundation. The simplified theory of the single-point approach neglects the interaction among the resilient mounts. According to this theory, to decrease the structure-borne noise transmitted through the resilient mounts towards the ship structures, the mechanical impedance of the resilient mounts as well as the mechanical mobility of the diesel engine foundation are to be lowered. In other words the dynamic stiffness of the resilient mounts has to be decreased and the mechanical impedance of the diesel engine foundation has to be increased. To date, the mechanical impedance of real resilient mounts can only be obtained by laboratory tests and the mechanical mobility of the diesel engine foundation is usually measured when the ship is under construction, so it is not available for predictive analyses. In the thesis, a procedure for simulating the structure-borne noise generated by marine diesel engine is discussed. The procedure is based on both experimental tests and numerical simulations. In the first part of the thesis, some notes on the theoretical background are presented. Then, the results of FE analyses for simulating the mechanical mobility of a diesel engine foundation are shown. The FE models have been validated by the results of a measurement campaign carried out on board a ship. Then, the results of a series of tests performed to tune a new test rig, designed and built up at the University of Trieste for measuring the mechanical impedance of resilient mounts, are discussed. The campaign for tuning the test rig has been carried out in order to set an experimental procedure that allows achieving results in compliance with the ISO 10846 Standard, which is a sound reference for this kind of tests. As a case study, a large resilient mount for marine diesel engines has been tested to achieve its mechanical impedance curve at different static pre-loads. The outcomes of the experimental tests have been used for tuning the best numerical model of the resilient mount that properly takes into account the nonlinear behaviour of the rubber core. The data of the experimental tests carried out on board ships as well as in laboratory and the outcomes of numerical simulations have been used to predict the structure-borne noise according to the single-point approach. The outcomes achieved by the application of the method have been compared with on board measurements and pros and cons of the method are widely discussed. Moreover, the numerical procedures for the simulation of the dynamic behaviour of the resilient mount and the diesel engine foundation, pave the way for the optimization of the decoupling system of marine diesel engines.
Description: 2013/2014
URI: http://hdl.handle.net/10077/11114
NBN: urn:nbn:it:units-14042
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