Viscoelastic structures in passenger vessel noise control

Abstract

Weight is a critical factor in ship design. Combined with the passenger’s demand for high-level passenger comfort and shipyard’s interest in optimizing the building costs, these three constraints drive the modern passenger vessel design. As the passengers often ask for heavy entertainment features on board and silence in cabin areas, the importance of weight grows larger. The latter demand adds even more pressure on the weight of the ship, as heavier structural design solutions must be applied on decks and bulkheads to dampen the noise and vibration excitations below the desired level.

In this thesis, the feasibility of a particular sandwich structure with good noise and vibration damping qualities is investigated. The name of the product is bondal®Naval NV-S and it is owned by Thyssenkrupp. There are two possible ways of applying the product on a cruise ship project: as a substructure on a floating floor construction or as the load bearing deck itself. The consequences of each of these cases would have are considered holistically in terms of the whole ship design. However, the primary focus is on the practicality. Most important problem, that this thesis seeks the solution to, is that is the new structural solution worth implementing in a large cruise ship project. Thus, the research question is formulated as follows: Do the advantages of applying the new kind of sandwich structure cover the added expenses associated with the new application?

The thesis comprises of a theoretical section, introduction to cruise ship noise & vibration control and a case study section. In the first mentioned section, the structural dynamics and relevant sound theory are briefly introduced. Then the reader is familiarized with how noise & vibration problems are controlled, regulated, and assessed. Thereafter the feasibility of bondal®Naval NV-S is investigated.

According to the analysis, it is not feasible to replace cruise ship steel decks with bondal®Naval NV-S. However, the results of using bondal®Naval NV-S as cover plates of floating floors are promising. It was found that by implementing this new kind of product, the shipbuilder could potentially save tens of calendar hours of precious on-board outfitting labour with a moderate cost increase.

Paino on kriittinen tekijä laivasuunnittelussa. Yhdistettynä siihen, että maksava asiakas vaatii korkeatasoista matkustusmukavuutta ja että telakka tavoittelee rakentamiskustannusten optimointia, nämä kolme tekijää ohjaavat matkustajalaivojen suunnittelua. Koska monet matkustajat toivovat massiivisia viihdykkeitä laivalle ja hiljaisuutta hyttialueille, painon merkitys korostuu yhä enemmän. Jälkimmäinen vaatimus puolestaan lisää painon merkitystä entisestään, kun kannet ja laipiot on suunniteltava vaimentamaan melu ja värähtelyherätteet vaaditulle tasolle.

Tässä diplomityössä tutkitaan tietyn kerroslevyrakenteen soveltuvuutta matkustajalaivaan. Tuotteen nimi on is bondal®Naval NV-S ja sen omistaa Thyssenkrupp. Tuotteelle on kaksi mahdollista sovelluskohdetta: osana uivaa lattiaa tai kansimateriaalina. Näiden kahden sovelluskohteiden soveltuvuutta tutkitaan erikseen holistisesti koko laivasuunnittelun näkökulmasta. Työn keskiössä on kuitenkin käytännöllisyys. Tärkein ongelma, johon tämä diplomityö pyrkii löytämään ratkaisun, on se, onko kyseistä tuotetta kannattavaa implementoida suureen risteilijäprojektiin. Täten tutkimuskysymys on seuraavanlainen: Kattavatko tämän uuden tuotteen soveltamisen edut siitä seuraavat lisäkustannukset?

Diplomityö koostuu teoriaosuudesta, johdatuksesta risteilijälaivojen melu- ja värähtelytorjuntaan sekä tapaustutkimuksesta. Ensimmäisessä osiossa esitellään lyhyesti aiheelle oleellista rakenteiden dynamiikan sekä äänen teoriaa. Tämän jälkeen lukijalle tutustutetaan, kuinka melu- ja värähtelyongelmia kontrolloidaan, säännellään ja käsitellään. Lopuksi tutkitaan bondal®Naval NV-S -tuotteen soveltuvuutta.

Analyysin mukaan bondal®Naval NV-S -tuote ei ole soveltamiskelpoinen risteilijän kansirakenteiksi. Toisaalta tulokset bondal®Naval NV-S -tuotteen soveltamisesta uivissa lattioissa vaikuttavat lupaavilta. Havaittiin, että tämän kerroslevyrakenteen käyttö osana uivaa lattiaa voisi säästää kymmeniä arvokkaita kalenteritunteja varusteluvaiheessa.