用Morlet小波变换研究舰船横摇垂荡耦合特性

本文探索了用小波变换方法对舰船横摇垂荡非线性耦合动力学特性的研究.对于考虑与垂荡二次耦合的舰船横摇方程,用Morlet小波变换分析其摇摆响应动力学特性,研究分析了船舶在几种典型波浪中的状况:稳定区域中的横摇回复和稳态横摇;非稳定区域的横摇发散;以及混沌现象.研究表明,通过小波变换所特有的时频窗,对横摇响应小波变换系数的模和相等信息进行分析,可以获得船舶横摇-垂荡耦合非线性动力学幅值和频率的各种典型特征.     

基于时频分析的非线性结构参数识别方法对比分析

针对非线性结构系统的参数识别问题,基于希尔伯特-黄变换、小波变换和同步挤压小波变换等时频分析方法,通过一个具有非线性刚度的框架结构数值算例对比分析了各种方法的优点与不足之处,数值结果表明:3种方法都能识别出结构的瞬时频率,但同步挤压小波变换识别效果要好于希尔伯特-黄变换和小波变换的识别结果.     

船舶非线性横摇运动与混沌

本文以波浪尺度为变参数,通过平均化方法和范德坡变换,确定横摇运动的振动解随参数变化的定性情况;然后运用数值积分和胞映射相结合的方法,求得系统的多种形式的振动解。胞映射法能灵活地处理各种不同形式的吸引子,如谐振解、各阶亚谐解乃至混沌吸引子并能方便快速地求解。横摇运动的大量非线性特性,如吸引子共存,对称性破缺,周期倍化等现象都被观察到。多个吸引子共存时,吸引域往往具有复杂的结构。文中还给出了由一系列倍周期分岔导致的混沌运动。     

外圈故障滚动轴承周期运动Neimark-Sacker分岔研究

文章基于非线性理论,建立了三自由度非光滑系统轴承外圈故障模型,研究了该情况下,系统周期运动的Neimark-Sacker分岔现象和混沌等非线性行为。求出系统的切换矩阵,将得到的切换矩阵结合Floquet理论确定了该非光滑系统周期运动发生Neimark-Sacker分岔的条件。通过在碰撞面处建立Poincaré映射,用数值方法进一步揭示轴承系统的周期运动经Neimark-Sacker分岔通向混沌的现象。发现当旋转频率接近临界分岔点时,系统有一对Floquet特征乘子的模接近1,其余特征乘子模都小于1,系统发生Neimark-Sacker分岔,随着旋转频率的增加,系统经历了典型的Neimark-Sacker分岔通向混沌的非线性行为。同时研究了不同的阻尼系数对系统分岔的影响,发现阻尼可以有效地延迟系统的分岔点。对该故障轴承系统分岔和混沌的研究,可为实际装备安全运行及故障诊断提供依据,同时为设计提供理论指导和技术支持。     

双色波激发细长港内低频振荡的物理试验研究

通过物理试验研究双色波传入细长港池并激发港池低频振荡,合理的试验布局降低了波浪二次反射对造波机的影响问题。利用快速Fourier变换和小波变换方法分析双色波在港内的幅频响应以及波浪能量的时-频分布情况,并利用小波二阶谱分析港内波浪不同成分之间的非线性相互作用过程。结果表明:当双色波短波频率对应港池不同共振频率时,通过波浪非线性相互作用产生的二阶长波在港内响应幅值不同;短波频率对应港池较低共振频率时,波浪会在港内聚集更多的能量;二阶长波以及高次谐波与双色短波之间呈复杂的非线性能量传递过程。     

脉动流致振动宽频双稳态俘能技术

本文设计一个水下流致振动双稳态俘能器,研究系统在不同波浪激励下的采集性能。首先,基于法拉第电磁感应定律,建立俘能器系统的机电耦合控制方程。利用谐波平衡法,推导波速远大于速度的小幅振动下的近似响应解析解,讨论了系统参数对输出电量的影响规律。通过和线性采集系统幅频曲线的对比,发现该俘能器具有宽频的优越采集性能。其次,计算系统在波速与速度不确定下的动力学响应,得到系统在不同频率下,具有周期、倍周期和混沌的复杂运动形式。最后,基于均方根方法,计算采集器系统在大幅激励时的统计特性。     

横摇作用下气囊—浮筏耦合船用转子系统的非线性动力学特性

为了研究横摇作用下气囊-浮筏耦合船用转子系统的非线性动力学特性,针对船舶横摇运动对气囊-浮筏耦合船用转子系统的影响,建立了横摇与非线性油膜力共同作用下系统的动力学模型,并对动力学方程进行无量纲化处理。采用数值方法求解无量纲方程得到系统的动力学稳态响应,重点研究转子转速和横摇幅值变化对系统动力学特性的影响。研究结果表明：横摇作用下的气囊-浮筏耦合船用转子系统,随着转子转速的增加,运动状态由准周期过渡到混沌;与无横摇作用时系统相比,振动幅值明显增大,运动状态更为复杂。一般情况下横摇作用下系统的分岔与混沌特性不受横摇幅值增减的影响,但其振动幅值会随着横摇幅值的增大而以非线性的形式增大。     

基于小波变换的码头结构损伤预警试验研究

为提高码头结构损伤识别方法的准确性和适用性,将小波分析引入到结构损伤识别中.首先介绍了小波变换的基本原理,然后通过高桩码头常见的钢筋混凝土简支梁损伤试验,验证基于小波变换的码头结构损伤预警方法在实际结构上应用的准确性和适用性.对试验梁进行完好工况和损伤工况的动力响应测试,对得到的曲率模态响应进行小波包变换,判定试验梁的损伤位置和损伤程度,从而实现对码头结构的损伤预警.     

基于输出延迟反馈方法的船舶电力系统混沌控制

为了抑制船舶电力系统在周期电磁扰动下产生的混沌振荡,建立了船舶电力系统的双机并联数学模型,应用Melnikov方法得到了船舶电力系统产生混沌振荡的解析条件,采用输出延时反馈控制方法,通过选择合适的延迟时间和反馈系数,破坏系统发生混沌运动的参数条件.仿真结果表明,基于输出延时反馈控制方法的混沌控制器结构简单,所需的控制能量小,可以将系统的混沌运动状态控制为周期一运动,提高了船舶电力系统的稳定性.     

基于小波滤波和LSTM神经网络的船舶运动极短期预报研究

为了提高船舶运动极短期预报精度及预报时间长度,本文采用小波多分辨率分析方法,将含有噪声的船舶运动信号进行了多尺度小波变换,通过采用阈值函数法对各尺度下细节信号的小波系数进行处理,对小波分解层数、小波基函数、阈值处理方法进行了深入研究,并通过模型试验数据对滤波效果进行了验证分析,实现了船舶运动信号的小波滤波.进一步针对船舶运动的非线性特性,基于深度神经网络的非线性映射能力,建立了基于LSTM网络的多步直接映射船舶运动极短期预报模型,并采用滤波后的船舶运动数据进行了不同工况下的预报分析.结果表明,不同时间长度的预报与试验结果幅值和相位吻合较好,验证了所建立的极短期预报模型的可行性.     

基于小波变换的电力系统谐波监测研究

为了满足突变的和时变的非平稳谐波检测与时频分析的需要,论述了基于小波变换的谐波检测的原理,提出了用DSP实现电力系统谐波的在线监测的方案。仿真结果表明此方案能满足电力系统中谐波监测实时性要求。     

一类混沌系统的最优控制设计

针对一类混沌动力系统，提出了一种最优控制方法，将混沌系统控制到任意所期望的定点。基于动态规划方法，将构建最优控制器问题归结为与偏微分方程有关的解的问题。以Chua电路系统和Horton混沌系统为例，详细阐述了最优控制器的设计过程，Matlab的数值仿真证明了所给方法的有效性。     

船用气囊隔振系统的非线性动力学特性

气囊隔振系统通常被广泛应用于对舰船或潜艇上的大型旋转机械实施隔振控制。然而,船舶在航行时,隔振系统有时会产生过大的位移,会呈现出一些非线性动力学现象。文中以带间隙的线性弹簧限位器的隔振系统为研究对象,考虑了垂直和偏转两个方向的运动,基于分析力学的相关理论建立了具有旋转偏心质量的气囊隔振系统非线性动力学模型,并且采用数值方法重点分析了该系统的非线性动力学行为以及参数变化对系统动力学特性的影响。结果显示在低转速时,系统呈现出准周期运动特性;随着转速的增大,系统运动中出现混沌、周期3、5、7及准周期运动等一系列的非线性动力学现象。     

基于小波包分析的混沌信号消噪研究

由于混沌是一种貌似随机的确定性信号,具有宽频谱的特征,传统的方法不能有效滤除混沌信号中的噪声,文章应用小波包分析方法实现了这一目标。同时,根据混沌信号在各个频段上的能量分布具有"涨落"的特征,提出了一种确定阈值的新标准。研究结果表明,新的阈值标准既能够保证原信号中的有用信息不会出现严重泄露,又能够实现有效去噪。     

一种基于3/2维谱的水中目标调制信息提取方法

利用目标辐射噪声的调制信息可以实现对目标的高方位分辨。为了能够准确获取目标调制谱特征,提出了一种基于小波变换和多分辨率分析理论的辐射噪声调制信息提取方法。首先提取水下目标辐射噪声的调制包络信息,之后对动态调制包络进行3/2维谱分析,从而得到辐射噪声的谐波信息。最后对实测噪声数据进行了仿真研究,结果表明,该方法可以有效提取噪声中动态调制信息。     

离散小波方法应用于梁和平板的破损侦测之研究

文章旨在利用小波转换方法来侦测一个铝合金的梁与板的裂缝.研究中将以一维离散小波转换和二维离散小波转换为基础来检测含双重缺陷之梁与板,并经由数值模拟分析以及实验共同进行并比较其结果.测试结果显示,离散小波分析方法可以有效地找出结构中多个缺陷位置,并可应用在其他的复杂结构上.     

小波加权残值法在固支矩形板后屈曲上的应用

根据Von Karman板大挠度方程,以小波函数作为试函数,采用小波加权残值法将四边固支矩形板的平衡控制方程和变形协调方程化解为两个非线性方程组,将后屈曲路径的求解转化为两个非线性方程组的求解问题.将载荷分为多个水平,利用Newton-Raphson迭代算法求得非线性方程组的解,从而得到四边固支矩形板的后屈曲平衡路径和四级渐进解.通过算例表明小波可以用于解决矩形板的后屈曲问题.     

超声回波信号的小波消噪研究

利用小波变换的时频局部化性质,对超声回波弱信号特征进行提取,得到了较好的边缘信号,从而对信号进行全面细致的分析。理论分析和仿真结果表明,小波分析方法适合于超声回波信号的检测和特征提取,在改善了信噪比的同时,还保持了很高的时间（空间）分辨力,具有准确度高、抗噪声性能好等优点。并将该技术应用于物距测量中,提高了系统测量的准确度。     

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.