结构激励源识别及振动贡献量分析

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船舶系统内结构的振动尤其是过度振动严重影响着系统的正常工作,威胁着隐身安全性,并损害着工作人员的身心健康,因此,通过一定的方法有效减小结构振动并降低声辐射显得尤为重要。结构振动激励源识别研究及振动贡献量分析从根本上查找引起结构振动的原因,使减振降噪工作更加具有针对性和有效性。然而,由于船舶动力设备结构的复杂性以及设备本身的安装需求,且存在多个激励源同时作用并相互影响的现象,在多数情况下无法通过直接测量的方法获得激励源特性,这就需要通过间接测量的方法进行源特性识别分析。本文综述了激励源识别的研究概况,阐述了主成分分析法(盲源识别)和最小二乘法(非盲源识别)的基本原理并推导了相关方程。在研究中,以一两端弹性支撑梁为研究对象,分别进行了仿真计算和试验测试,在验证方法有效性的基础上,探讨信噪比、测点数目、测点分布等参数对识别效果的影响,定量分析了各主成分的贡献情况以及各激励力在测点位置处对振动加速度的贡献率,并针对最小二乘法存在的一些问题提出了基于估算力曲线分段相似性的激励频率判定方法,取得了不错的效果。论文主要完成了三部分工作:(1)在已知振动系统输出响应的情况下,采用主成分分析法对仿真激励力和试验激励力进行盲源识别分析,并重点研究了信噪比、测点分布和测点数目对主成分功率谱、贡献率、累计贡献率及激励源数目的影响,为工程主成分分析法激励源盲识别分析提供参考,并且其稳定准确的源数估算结果对最小二乘法激励源识别效果的改善有重要意义。(2)在已知振动系统输出响应和系统特性的情况下,采用最小二乘法对仿真激励力和试验激励力进行非盲源识别分析,计算了识别力在测点处的振动贡献量以确定主要激励力,并以识别力绝对误差的方差为判定依据重点研究了信噪比、测点分布、测点数目、激励位置偏差和传感器安装误差对激励源识别效果的影响,为工程最小二乘法激励源识别分析提供参考,具有重要的现实意义。(3)针对传统的最小二乘法以幅值大小为评判依据,凭借肉眼的观察将幅值大的频率当作激励频率,存在难度大且费时,误判率高、准确率低的缺点,提出采用相似性判定法。该方法是一种是以一定的数学方法为依托,以基于估算力曲线分段相似性程度的激励频率判定为主、幅值判定为辅的综合判定方法,并且可编制相关处理程序,在无人监视或观察的情况下自动实现激励频率判定,既降低了判定难度,节省了时间,又提高了准确性。
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