船舶机舱内高频弱声源近场声全息方法

针对船舶机舱内机械噪声大,高压流体泄漏不易被察觉的问题,提出一种高频弱声源近场声全息方法。该方法运用经验模态分解法,经过计算使各阵元时域采样信号乘上权值,再利用结合压缩感知技术的平面等效源近场声全息方法重构近场平面声压分布。仿真实验表明,该方法性能可靠且具有较强的抗噪能力,可作为船舶机舱内低信噪比条件下的高频弱声源近场声全息方法的一种有效补充。     

基于矢量声压组合基阵的柱面分布噪声源近场高分辨定位方法

[目的]现有的水下噪声源近场定位方法通常假设测量面为平面,较难应用于柱面分布的水下噪声源目标测试中,同时常规近场聚焦波束形成应用于柱面分布水下噪声源定位时空间分辨率较低,基于声压基阵的水下噪声源近场定位方法则存在左右舷模糊的问题。为解决这一问题,[方法]通过建立测量面为柱面分布的噪声源近场测量模型,结合矢量水听器的单边指向性和MUSIC算法的高分辨率特性,提出基于矢量声压组合基阵的柱面分布噪声源近场高分辨定位方法,并进行计算机仿真验证。[结果]研究结果表明,该方法采用较小的基阵孔径即可实现柱面分布的水下噪声源近场精确定位,[结论]可应用于大型圆柱类复杂系统的噪声源定位识别。     

应用移动质量法的结构损伤小波识别方法

为提高结构损伤识别的精度,充分发挥小波识别在特征提取、信号奇异性检测、信号降噪等方面的独特优势,提出采用移动质量多次检测法的结构损伤小波识别方法。该方法采用移动质量块在不同位置对桥梁进行多次测量,利用各次测量的频率值的变量来确定桥梁结构的其他模态参数,从而确定桥梁的局部单一和多处损伤情况。采用数值算例对该方法进行验证,结果显示,对简支梁的单一和多处损伤识别效果明显。     

统计最优柱面近场声全息参数选取方法研究

针对柱面统计最优近场声全息声源定位技术实船应用问题,研究建立近场声全息实用化参数选取方法。根据扫描法测量全息面复声压获取方式及柱面统计最优近场声全息算法数学模型,通过理论计算,获取与分析影响声源定位精度的近场声全息测量系统参数和信息处理过程参数及其影响关系,确定测量系统参数与信息处理参数选取方法,建立柱面统计最优近场声全息实用化信息处理技术。通过数值仿真与模型试验,验证参数选取方法的有效性,为实船机械声源近场声全息定位提供实用化参数选取依据。     

基于声辐射模态理论的声场分离技术（英文）

为了消除复杂声场中干扰噪声对于近场声全息重建精度的影响,该文提出了一种基于单层阵列测量的声场分离技术。当目标声源和干扰噪声源为相干声源时,利用源强密度声辐射模态分析理论建立了声源与辐射声场的数学关系模型,通过对单层阵列测量的声压数据进行空间重采样得到两组子数据,构造各组子数据与目标声源和干扰噪声源的声辐射模态之间的数学公式,再求解公式中目标声源的各阶声辐射模态的展开系数,可重构目标声源在阵列处的声场响应,达到声场分离的目的。刚性脉动球声源与刚性脉动球干扰源、平板声源与刚性脉动球干扰源的数值仿真及对影响该方法的相关参数进行了详细研究,相关结果表明该方法具有较好的有效性和正确性。     

基于声辐射模态理论的声场分离技术

为了消除复杂声场中干扰噪声对于近场声全息重建精度的影响,该文提出了一种基于单层阵列测量的声场分离技术.当目标声源和干扰噪声源为相干声源时,利用源强密度声辐射模态分析理论建立了声源与辐射声场的数学关系模型,通过对单层阵列测量的声压数据进行空间重采样得到两组子数据,构造各组子数据与目标声源和干扰噪声源的声辐射模态之间的数学公式,再求解公式中目标声源的各阶声辐射模态的展开系数,可重构目标声源在阵列处的声场响应,达到声场分离的目的.刚性脉动球声源与刚性脉动球干扰源、平板声源与刚性脉动球干扰源的数值仿真及对影响该方法的相关参数进行了详细研究,相关结果表明该方法具有较好的有效性和正确性.     

矢量声压组合基阵MVDR近场聚焦波束形成

介绍了矢量声压组合基阵MVDR近场聚焦波束形成的水下噪声源近场高分辨定位方法。该方法将MVDR高分辨方位估计方法应用于单矢量水听器与声压基阵构成的组合基阵中,利用矢量水听器的单边指向性,抑制噪声源定位中的左右模糊,并结合声压基阵MVDR算法高分辨定位优势,从而实现了水下噪声源近场高分辨定位,且可以有效抑制近场定位中的左右弦模糊,通过计算机仿真验证了算法的有效性,具有一定的工程应用价值。     

基于灵敏度的结构损伤识别方法

提出了一种基于灵敏度的结构损伤识别方法,该方法仅利用结构损伤前后的前三阶模态参数来确定结构的损伤定位因子和损伤程度评估因子,实现对结构损伤的识别。本文用三维五层框架结构有限元模型数值模拟了四种典型的损伤工况,损伤识别结果表明,应用本文所提的损伤定位因子可准确的对损伤构件实现损伤定位,相应得出的损伤程度评估结果也与模拟的损伤工况较吻合。该方法不需要归一化的振型,仅利用结构基准模型和损伤实测的低阶模态即可,简便易行,具有一定的应用价值。     

基于相位共轭方法识别结构表面法向振速

基于相位共轭方法对平板和水下圆柱壳辐射声场的识别进行了数值仿真计算,得到结构表面声压分布后,通过两种方法识别结构的法向振速:一种方法给出结构在声场中的位置和尺寸,基于声压梯度计算法向振速;另一种方法根据结构表面阻抗关系计算法向振速。数值计算结果表明:基于声压梯度计算法向振速时,能得到法向振速幅值的大致分布,该方法计算简单,适用于无法得到声源表面阻抗关系的情况;而引入结构表面阻抗关系则能得到更加准确的识别结果。     

基于柔度曲率矩阵的曲面板结构损伤识别方法

为了对船体中曲面板结构的损伤部位准确地进行损伤识别分析,提出了一种基于柔度曲率矩阵的曲面板结构损伤识别方法并进行了仿真分析.按照Kirchhoff薄板假定对板结构进行单元划分,以结构的响应重建柔度矩阵,并通过类曲率半径方法对柔度值的变化进行放大进而得到柔度曲率矩阵.算例分析表明,该方法损伤定位准确并且具有较高的灵敏度,避免了使用原未损结构的模态参数,所需损伤结构的模态少甚至只需一阶模态信息就可有效地进行损伤识别分析.     

A new time-frequency analysis method based on single mode function decomposition for offshore wind turbines

The Hilbert-Huang transform (HHT) has been widely applied and recognised as a powerful time-frequency analysis method for nonlinear and non-stationary signals in numerous engineering fields. One of its major challenges is that the HHT is frequently subject to mode mixing in the processing of practical signals such as those of offshore wind turbines, as the frequencies of offshore wind turbines are typically close and contaminated by noise. To address this issue, this paper proposes a new time-frequency analysis method based on single mode function (SMF) decomposition to overcome the mode mixing problem in the structural health monitoring (SHM) of offshore wind turbines. In this approach, the structural vibration signal is first decomposed into a set of window components using complex exponential decomposition. A state-space model is introduced in the signal decomposition to improve the numerical stability of the decomposition, and then a novel window-alignment strategy, named energy gridding, is proposed and the signals are constructed in the corresponding gridding. Furthermore, energy recollection is implemented in each gridding, and the reassembling of these components yields an SMF that is comparable to the intrinsic mode function (IMF) of the HHT, but with a significant improvement in terms of mode mixing. Four case studies are conducted to evaluate the performance of the proposed method. The first case attempts to detect three different frequencies in a simulated time-invariant signal. The second case attempts to test a synthesised signal with segmental time-varying frequencies (each segment contains three different frequencies components). The analysis results in these two cases indicate that mode mixing can be reduced by the proposed method. Furthermore, a synthesised signal with slowly varying frequencies is used. These analysis results demonstrate the effective suppression of non-relevant frequency components using SMF decomposition. In the third case, the experimental data from vortex-induced vibration (VIV) experiments sponsored by the Norwegian Deepwater Programme (NDP) are used to evaluate the proposed SMF decomposition for vibration mode identification. In the final case, field data acquired from an offshore wind turbine foundation and offshore wind turbine are analysed. The mode identification results obtained using SMF decomposition are compared with those produced by the HHT. The comparison demonstrates superior performance of the proposed method in identifying the vibration modes of the VIV experimental and field data.     

基于涡声理论的水下射流噪声预报

湍流噪声是潜艇重要的水下噪声源.以水下自由湍射流为例,探讨其噪声机理和预报方法,构造了Powell涡声理论和CFD方法相结合的算法.首先讨论了Powell涡声方程和Howe的涡声方程的解法;作为算例,用CFD软件FLUENT中标准k-ε计算湍射流场,以此作为近场声源;随后,运用Powell涡声和Howe的涡声方程理论对远场噪声谱进行预估,给出了辐射噪声指向性比较,并分析了自由射流场声辐射机理.     

可调动力吸振器降噪设计方法研究

可调动力吸振器的出现拓展了动力吸振器的应用范围,然而将其应用于降噪声学设计,目前研究得并不充分,这主要是由于声学实验和声学数值仿真的代价与难度所致。本文采用声学边界元法与结构动力优化方法,研究了四边简支板在不同设计准则下采用可调动力吸振器进行降噪声学设计的效果,为可调谐动力吸振器的降噪应用提供指导。数值计算结果表明,将调谐、解调作为声学设计策略各有优缺点。调谐策略的优点是能将动力吸振器作用区域附近的振动降为最低,但并不能保证噪声指标减少最多。解调策略的优点是能将全局声学指标降到最低,但在实际应用中噪声信号的采集和反馈控制代价过高。本文建议采用振动水平极小化策略来代替解调和调谐策略进行声学优化设计。数值计算结果与文献实验结果的对比验证了本文策略的有效性。同时本文研究了动力吸振器参数对主振系统整体和局部模态的影响。     

环肋、舱壁和纵骨加强的无限长圆柱壳在水下的声辐射特性

本文建立了有环肋、舱壁和纵骨的无限长圆柱壳在水下声辐射的一般的计算模型,利用Fourier变换和模态展开法导出了圆柱壳振动响应和辐射声压在波数域的计算公式,并由稳相法得到了远场辐射声压的解析公式,分析了纵骨、舱壁和阻尼等因素对声辐射的影响,为准确计算双层圆柱壳在水下的振动和声辐射特性奠定了基础.     

求解圆柱壳弯曲振动声辐射问题的一种近似解析法

圆柱壳梁式弯曲振动是一种常见模态,其基于摆动柱声辐射理论。通过引入修正因子,将无限长柱的声压计算转换到有限长柱的声压计算中,提出一种求解圆柱壳弯曲振动声辐射问题的近似解析法。结合算例,计算了其弯曲振动的远场声学特性,并与广泛应用的边界元进行了比较。结果表明,两者具有较好的一致性,近似解析法简单快速,可作为工程评定方法。     

基于Hilbert-Huang变换的船舶结构冲击响应研究

针对水下爆炸时船舶结构遭受的冲击响应信号具有非线性非平稳的特点,提出将Hilbert-Huang变换用于船舶结构冲击响应信号处理.Hilbert-Huang变换是基于经验模态分解(EMD)和Hilbert谱的一种信号处理方法,用EMD分解把时间序列信号分解成不同特征时间尺度的固有模态函数(IMF),然后对IMF分量进行Hilbert变换,从本质上分析船舶结构冲击响应信号的组成成分及特点.与FFT变换和小波变换相比,Hilbert-Huang变换体现出自适应性和先进性,可以有效提取船舶冲击响应信号的时频特征,揭示船舶结构自身的动态特性对冲击响应的影响.     

浅水超大型FPSO振动声学分析

对浅水超大型浮式生产储油船(FPSO,F loating Production Storage and O ffload ing)高频域振动声学数值分析问题进行了研究。探讨了基于MSC/NASTRAN软件的结构分析模型与基于ESI/AUTOSEA2004软件的声学分析模型间的转换建模方法,进而快速建立了浅水超大型浮式生产储油船声学统计能量分析模型。与声学有限元和边界元方法相比,统计能量分析方法(SEA,statistical energy analysis)适合于解决高频域复杂系统动力学问题,尤其是含有高模态密度的弱耦合动力学问题。数值计算了全船与典型舱室声压分布,为FPSO声学设计和噪声控制提供依据。     

随机面激励的非规则声腔自噪声计算方法研究

舰船声呐罩以及舱室、车厢等常见的非规则声腔受湍流边界层脉动压力随机面激励产生的水(气)动力噪声,已经或将成为声呐自噪声和舱室噪声的主要成因。文中以一个非规则形状的三维声腔为例,考虑声腔结构振动与内外声场的耦合,采用虚拟膜技术和集成模态法以及功率谱密度概念,建立了声腔受湍流边界层脉动压力随机面激励的自噪声计算模型和方法。数值计算分析表明:虚拟膜技术和集成模态法可用于舰船声呐罩以及列车和汽车车厢等非规则声腔自噪声计算的声学建模,预报声腔内部水动力噪声或气动力噪声的低中频分量,具有数值方法能够模拟复杂形状声腔和解析方法相应的声振耦合方程维数少的优点。     

环境激励下自升式海洋平台损伤诊断

为探究适用于海洋平台结构的有效损伤诊断方法,针对某自升式平台的比例模型开展环境激励下损伤诊断试验研究。分别采用频域法中的增强频域分解法和时域法中的随机子空间法处理测试数据,提取前三阶的固有频率、振型和阻尼比等模态参数,并结合频率和振型识别结果计算节点柔度矩阵。通过分析平台模型模态参数和节点柔度矩阵的变化率,识别预先设置的结构损伤。试验结果表明,两种模态识别方法均能有效识别环境激励下的平台模型模态参数,其中利用固有频率变化率能够有效判断结构是否产生损伤,利用振型和柔度矩阵的变化率能够实现损伤的准确定位。