环境激励下船舶结构模态分析实验与理论研究

发布时间：2017-05-19 04:04

  本文关键词：环境激励下船舶结构模态分析实验与理论研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 目前船舶结构振动已经成为船舶结构设计、试航以及交船的验收指标之一,它对于船上结构安全和人员、设备等正常工作有很大影响,因此研究船舶结构振动模态分析以及振动控制方法具有重要意义。但传统的实验模态分析由于需要完整的激励信息而存在诸多局限性,难以达到满意的效果。 运行模态分析是一种仅基于环境激励下结构的响应来提取模态参数的方法,因其无需激励设备,安全性好,不影响设备正常工作等特点成为国内外研究的热点。目前在土木、汽车及航天的振动分析领域应用较为广泛,但在船舶结构动态分析领域所见研究不多。本文重点研究了运行模态分析方法在船舶结构振动分析中的应用可行性,根据舰船航行中所受激励特点,研究提出了滤波-自互功率谱法来识别航行中船舶结构的模态参数,并初步验证了该方法的有效性和实用性。这对于推动运行模态分析方法在船舶结构动态分析中的应用有重要意义。论文主要工作包括: 首先,研究、对比国内外文献和最新研究进展,综述了运行模态分析的多种计算方法。讨论了运行模态分析在船舶结构振动分析中应用的可行性,并根据舰船航行所受环境激励的特点,将其所受激励假设为白噪声和已知频率的简谐激励同时存在的情况,突破了传统运行模态分析方法白噪声激励的假设。 其次,学习信号处理、动态测试和模态分析等相关理论。根据船舶航行中所受激励中含有明显简谐激励的特点,提出使用带阻数字滤波技术,滤除已知的一个或多个确定频率的激励,减少其对结构真实模态辨识的影响。将滤波方法与自互功率谱方法相结合,形成适用于船舶结构在线模态分析的滤波-自互功率谱方法。 最后,对所研究的方法进行实验验证。首先,对简支梁同时施加白噪声和简谐激励,以此来模拟船舶航行所受激励特点,并提取其模态参数,从而验证所研究方法的有效性。其次,对一艘航行中货船的桅杆实测振动数据进行了处理和分析,使用滤波-自互功率谱法进行模态参数辨识,通过与有限元分析结果的对比,表明所研究的方法对运行船舶结构模态参数的识别是有效的,可行的。
【关键词】：环境激励 运行模态分析 船舶结构 滤波-自互功率谱法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U662
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究意义与背景9-10
• 1.2 模态分析技术10-13
• 1.2.1 传统模态分析技术11-12
• 1.2.2 运行模态分析技术12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-16
• 2 运行模态识别方法综述及其在船舶结构振动分析中的应用16-31
• 2.1 时域方法16-23
• 2.1.1 随机减量法16-17
• 2.1.2 ITD法17-18
• 2.1.3 最小二乘复指数法18-19
• 2.1.4 时间序列法19-20
• 2.1.5 NExT法20-21
• 2.1.6 特征系统实现算法21-22
• 2.1.7 随机子空间法22-23
• 2.2 频域方法23
• 2.2.1 峰值拾取法23
• 2.2.2 频域分解法23
• 2.3 联合时频域方法23-24
• 2.4 关键问题及研究趋势24-26
• 2.4.1 关键问题24-25
• 2.4.2 国内外研究趋势25-26
• 2.5 环境激励下船舶结构模态分析的应用可行性26-30
• 2.5.1 航行中船舶所受激励及假设26-29
• 2.5.2 应用可行性分析29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 3 船舶结构运行模态分析理论及方法31-58
• 3.1 动态测试后处理31-38
• 3.1.1 模拟信号的采样、量化和截断31-33
• 3.1.2 快速傅里叶变换33-34
• 3.1.3 频率混叠和采样定理34-36
• 3.1.4 泄露和窗函数36-38
• 3.1.5 小结38
• 3.2 自互功率谱法38-51
• 3.2.1 频响函数理论38-39
• 3.2.2 功率谱估计理论39-44
• 3.2.3 识别固有频率44-48
• 3.2.4 计算阻尼比48-49
• 3.2.5 计算振型49-51
• 3.3 滤波-自互功率谱法51-57
• 3.3.1 数字滤波的频域方法51-54
• 3.3.2 辨识过程54-56
• 3.3.3 滤波-自互功率谱法优缺点及工程应用56-57
• 3.4 本章小结57-58
• 4 实验验证58-78
• 4.1 简支梁实验58-68
• 4.1.1 实验装置及布置58-60
• 4.1.2 信号预处理及滤波60-61
• 4.1.3 识别固有频率与阻尼比61-66
• 4.1.4 计算振型66-67
• 4.1.5 结果分析67-68
• 4.2 实船桅杆振动分析68-77
• 4.2.1 实验条件68-69
• 4.2.2 信号分析及滤波69-72
• 4.2.3 模态参数辨识72-76
• 4.2.4 结果对比和分析76-77
• 4.3 本章小结77-78
• 5 总结与展望78-80
• 5.1 论文工作总结78-79
• 5.2 论文工作展望79-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况83-84
• 致谢84-85

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈科山;崔兴斌;陶冬;郑辉;;基于虚拟仪器的振动信号采集与处理系统[J];现代电子技术;2011年22期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 王若冲;船舶动力设备振动评估及故障特性提取研究[D];大连理工大学;2010年

2 崔兴斌;铁罗坪大桥数据采集与处理系统设计[D];北京交通大学;2011年

3 查学雷;交会对接目标飞行器资源舱结构改进设计[D];国防科学技术大学;2011年

4 李芒芒;风力机叶片机械损伤动态监测方法与技术研究[D];长沙理工大学;2012年

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本文编号：377702