面向纵向激励估计的波导模型识别方法研究
发布时间：2021-09-23 15:03
对于舰船推进轴系的螺旋桨激励,由于其工作环境和结构条件的限制,很难在实际工况下进行直接测量。通过测量轴系的振动响应对螺旋桨激励进行估计是一种可行的方法。本文根据激励反演理论,从推进轴系的一般结构形式出发,提出了适用于由轴系振动响应估计螺旋桨激励的理论模型。由等截面均匀轴入手,通过轴段的波动解来分析纵向振动;结合边界条件,推导了波幅系数递推关系,进而建立了推进轴系纵向振动的一般波导模型。根据振动响应和建立的波导模型来识别波幅系数,并反演螺旋桨纵向激励。将模态法与波导法相结合,对一般的变截面非均质轴段的波导模型和轴段间波导传递关系进行了论证。结果表明,模态法与波导法结合,可作为一般方法,根据实测振动响应对复杂轴系结构的波导模型进行识别。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
变截面轴(杆)段Fig.2Variablesectionaxis(rod)section
傻汲龈鞲鲋岫蔚?波幅系数，从而进一步推算出激励。本文根据轴段的振动响应观测数据和波导模型，对其波幅系数进行估计；而后根据可测量轴段与螺旋桨之间各联接轴段的波导模型和这些联接轴段之间的波导传递关系，估计螺旋桨激励；从均一轴段波导模型入手，对一般的变截面非均质轴段的波导模型和轴段间波导传递关系进行了论证。2推进轴系纵向振动的一般波导模型根据轴系振动响应对螺旋桨激励进行估计，必须在轴系的振动模型已建立这个前提条件下进行。因此，首先从推进轴系的一般结构形式出发，将其抽象成如图1所示的一般多轴(杆)段纵向振动模型。图1推进轴系纵向振动问题的简化模型Fig.1Simplifiedmodelofthelongitudinalvibrationproblemofthepropulsionshafting图1中Fa为螺旋桨纵向激励；mP为螺旋桨质量；kA为轴系与艇体的联结刚度；YA为轴系与艇体联接位置在纵向振动的导纳。对第i轴段，i1ixxx≤≤，有纵向振动微分方程为220iiiiiuuρxSxESxtxx(1)式中：ρi(x)、Si(x)、E分别为轴的密度、横截面积、弹性模量；ui(x,t)为x截面的位移。假设图1中的每个轴段都可以视为均一杆，式(1)的波动解为,expjexpjiiiiiUxcxcx,1(;1,2,,)iixxxiN≤≤(2)式中：Ui为ui的傅里叶变换；ci+()、ci-()为第i轴段的波幅系数；i为波数，i2=ρiω2/Ei。在相邻两个轴端的联接处的位移和内力连续性条件为111111,1,1,,,,,iiiiiiixiiiixiUxUxESU
2524应用力学学报第37卷图3(b)ci+虚部(ci+imaginarypart)图3(c)ci实部(cirealpart)图3(d)ci虚部(ciimaginarypart)图3基于不同观测点数据的波幅系数理论值计算Fig.3Calculationoftheoreticalvaluesofamplitudecoefficientsbasedondataofdifferentobservationpoints图3中的2#~6#波幅系数曲线是波幅系数理论值应具有的曲线形式，可以从图中的ic(x)和ic(x)曲线上选取更多的数据点代入式(5)，并运用Runge-Kutta法生成ci+(x)和ic(x)函数曲线族，证明这些曲线形状的相似性。为了能够对波幅系数进行比较准确的估计，在此取以均布的2#~6#观测点为参考得到的2#~6#波幅系数曲线的均值(记为ic(x)和ic(x))，将其作为对ci+(x)和ic(x)理论值的最终估计，并示于图3中。对本算例，可以通过应用上文所得波幅系数均值ic(x)和ic(x)计算杆的端部激励，来验证本文估计方法的可靠性，表达式为2L0222Rd,800π0.025πdj0.025π00d,800π0.015πj0.015πdexpjexpjxxLUxFExEccUxFExcLLcLL(15)表1边界条件校核Tab.1Boundaryconditionscheck波幅系数(amplitudecoefficient)FLFR2#0.3069+3.7733j1.68000.2020j3#0.0255+3.6234j2.01010.3502j4#0.2015+4.2215j2.1856+0.2474j5#0.0078+4.3090j1.9751+0.3349j6#0.5497+4.0663j2.5403+0.0895j均值(mean)()icx、()icx0.0924+3.9987j2.0782+0.0239
【参考文献】：
期刊论文
[1]推进轴系纵向振动主动控制技术综述[J]. 黄志伟. 舰船科学技术. 2018(21)
[2]螺旋桨激励条件下结构振动特性研究[J]. 吴武辉,向阳,王冠,万汉群,张领. 噪声与振动控制. 2018(S1)
[3]复杂板-腔系统声振耦合机理分析[J]. 胡东森,白振国. 应用力学学报. 2018(01)
[4]桨-轴-艇纵向耦合振动机理研究[J]. 楼京俊,张阳阳,俞翔. 应用力学学报. 2018(01)
[5]船舶推力轴承弹性支承的轴系纵振减振性能研究[J]. 何江洋,何琳,徐伟,李正民. 船舶力学. 2017(05)
[6]船舶轴系纵向振动数学模型的研究[J]. 张策,董良雄. 机械制造. 2017(01)
[7]舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性[J]. 俞强,王磊,刘伟. 中国舰船研究. 2015(06)
[8]动载荷反演分析技术研究综述[J]. 毛玉明,林剑锋,刘靖华,狄文斌. 动力学与控制学报. 2014(02)
博士论文
[1]变截面杆与转轴中弹性波的运动方程及其传播特性[D]. 魏义敏.浙江大学 2014
[2]波导结构的特征频率法及其超声导波声弹性效应研究[D]. 刘飞.北京工业大学 2013
硕士论文
[1]基于复合建模方法的船舶轴系振动计算及减振措施研究[D]. 闫菲.上海交通大学 2015
本文编号：3405922
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
变截面轴(杆)段Fig.2Variablesectionaxis(rod)section
傻汲龈鞲鲋岫蔚?波幅系数，从而进一步推算出激励。本文根据轴段的振动响应观测数据和波导模型，对其波幅系数进行估计；而后根据可测量轴段与螺旋桨之间各联接轴段的波导模型和这些联接轴段之间的波导传递关系，估计螺旋桨激励；从均一轴段波导模型入手，对一般的变截面非均质轴段的波导模型和轴段间波导传递关系进行了论证。2推进轴系纵向振动的一般波导模型根据轴系振动响应对螺旋桨激励进行估计，必须在轴系的振动模型已建立这个前提条件下进行。因此，首先从推进轴系的一般结构形式出发，将其抽象成如图1所示的一般多轴(杆)段纵向振动模型。图1推进轴系纵向振动问题的简化模型Fig.1Simplifiedmodelofthelongitudinalvibrationproblemofthepropulsionshafting图1中Fa为螺旋桨纵向激励；mP为螺旋桨质量；kA为轴系与艇体的联结刚度；YA为轴系与艇体联接位置在纵向振动的导纳。对第i轴段，i1ixxx≤≤，有纵向振动微分方程为220iiiiiuuρxSxESxtxx(1)式中：ρi(x)、Si(x)、E分别为轴的密度、横截面积、弹性模量；ui(x,t)为x截面的位移。假设图1中的每个轴段都可以视为均一杆，式(1)的波动解为,expjexpjiiiiiUxcxcx,1(;1,2,,)iixxxiN≤≤(2)式中：Ui为ui的傅里叶变换；ci+()、ci-()为第i轴段的波幅系数；i为波数，i2=ρiω2/Ei。在相邻两个轴端的联接处的位移和内力连续性条件为111111,1,1,,,,,iiiiiiixiiiixiUxUxESU
2524应用力学学报第37卷图3(b)ci+虚部(ci+imaginarypart)图3(c)ci实部(cirealpart)图3(d)ci虚部(ciimaginarypart)图3基于不同观测点数据的波幅系数理论值计算Fig.3Calculationoftheoreticalvaluesofamplitudecoefficientsbasedondataofdifferentobservationpoints图3中的2#~6#波幅系数曲线是波幅系数理论值应具有的曲线形式，可以从图中的ic(x)和ic(x)曲线上选取更多的数据点代入式(5)，并运用Runge-Kutta法生成ci+(x)和ic(x)函数曲线族，证明这些曲线形状的相似性。为了能够对波幅系数进行比较准确的估计，在此取以均布的2#~6#观测点为参考得到的2#~6#波幅系数曲线的均值(记为ic(x)和ic(x))，将其作为对ci+(x)和ic(x)理论值的最终估计，并示于图3中。对本算例，可以通过应用上文所得波幅系数均值ic(x)和ic(x)计算杆的端部激励，来验证本文估计方法的可靠性，表达式为2L0222Rd,800π0.025πdj0.025π00d,800π0.015πj0.015πdexpjexpjxxLUxFExEccUxFExcLLcLL(15)表1边界条件校核Tab.1Boundaryconditionscheck波幅系数(amplitudecoefficient)FLFR2#0.3069+3.7733j1.68000.2020j3#0.0255+3.6234j2.01010.3502j4#0.2015+4.2215j2.1856+0.2474j5#0.0078+4.3090j1.9751+0.3349j6#0.5497+4.0663j2.5403+0.0895j均值(mean)()icx、()icx0.0924+3.9987j2.0782+0.0239
【参考文献】：
期刊论文
[1]推进轴系纵向振动主动控制技术综述[J]. 黄志伟. 舰船科学技术. 2018(21)
[2]螺旋桨激励条件下结构振动特性研究[J]. 吴武辉,向阳,王冠,万汉群,张领. 噪声与振动控制. 2018(S1)
[3]复杂板-腔系统声振耦合机理分析[J]. 胡东森,白振国. 应用力学学报. 2018(01)
[4]桨-轴-艇纵向耦合振动机理研究[J]. 楼京俊,张阳阳,俞翔. 应用力学学报. 2018(01)
[5]船舶推力轴承弹性支承的轴系纵振减振性能研究[J]. 何江洋,何琳,徐伟,李正民. 船舶力学. 2017(05)
[6]船舶轴系纵向振动数学模型的研究[J]. 张策,董良雄. 机械制造. 2017(01)
[7]舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性[J]. 俞强,王磊,刘伟. 中国舰船研究. 2015(06)
[8]动载荷反演分析技术研究综述[J]. 毛玉明,林剑锋,刘靖华,狄文斌. 动力学与控制学报. 2014(02)
博士论文
[1]变截面杆与转轴中弹性波的运动方程及其传播特性[D]. 魏义敏.浙江大学 2014
[2]波导结构的特征频率法及其超声导波声弹性效应研究[D]. 刘飞.北京工业大学 2013
硕士论文
[1]基于复合建模方法的船舶轴系振动计算及减振措施研究[D]. 闫菲.上海交通大学 2015
本文编号：3405922
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