奇异值分解在设备振动激励力估算中的应用

设备对船体基座的振动激励力是舰船结构振动、自噪声和辐射噪声的主要来源，而激励力间接估算时常会碰到病态问题，导致病态误差。讨论导纳矩阵求逆时病态问题的易发频率、奇异值分解方法、奇异阈值选取等，并讨论奇异值分解技术降低病态误差的实际算例。实验证明奇异值分解技术解决激励力间接估算时的病态问题有效率达到82％，可以满足工程应用需求。奇异阈值的选取技术还不够完善，在某些频率处取值过小而导致病态误差未能受到控制。从理论、实验两方面证实了应用间接方法估算设备对基座的激励力时，病态问题在基座模态频率处显然比其它频率严重。结论对激励力间接算法工程应用有明确的指导意义。     

弹性安装设备等效总激励力的计算方法研究

针对弹性安装条件下多机脚设备总激励力估算繁琐的问题,提出一种设备等效激励力的计算方法。该方法将弹性安装的多机脚设备等效为只有一个机脚支撑的设备,将原有的多个隔振器简化为一个具有有效总阻抗的隔振器,利用原机脚隔振器上下端的响应与隔振器的有效总阻抗估算出的激励力,即可等效为该设备的总激励力。为验证该方法的准确性,利用该方法对某船用设备振动激励力进行估算。实验数据分析表明,在临界频率以内,可以忽略隔振器之间的耦合,估算值与实际测量值之间的误差小于5 dB,满足工程要求。     

机械设备对基座激励力估算方法研究

目前工程问题中，各种机械设备繁多，通过实测途径直接获得机械设备对基座的输出激励力有较大的工程难度，因此工程中往往采用间接估算方法。基于有限元法和导纳法的基本原理，在空气中壳体结构有限元数值计算模型上加载单位力进行分析计算，得到壳体结构内部机械设备各机脚之间的加速度导纳复矩阵，利用机械设备的实测机脚加速度数据，由导纳法的基本原理，间接估算出机械设备对基座的输出激励力；并将估算得到的激励力加载在原有限元模型中设备对基座的激励点处，计算得到壳体表面的响应数据，并与壳体表面的实测响应数据进行对比分析，结果表明该间接估算方法可行，具有一定的工程应用价值。     

舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性

螺旋桨激励力会通过轴系向各轴承基座传递,并激发船体结构产生振动声辐射问题。为掌握螺旋桨不同方向激励力通过轴系的传递规律,利用船舶推进轴系试验台,在轴系固有特性计算与测试的基础上,测试分析螺旋桨水平、垂向与纵向激励力通过轴系向3个轴承基座的传递特性。结果表明:单方向激励力作用下,轴系会产生不同方向的耦合振动,并在基座处产生3个方向的振动,其中轴系振动固有频率有明显体现;不同方向的激励力传递路径不同,水平激励在艉轴后轴承基座处产生较大水平振动,垂向激励在艉轴后轴承和推力轴承基座处产生较大垂向振动,纵向激励在推力轴承基座处产生较大纵向振动,螺旋桨激励力通过轴系向艉轴前轴承基座的传递相对较弱;与垂向激励相比,水平激励会在3个轴承基座处产生更大的振动响应。

     

螺旋桨激励力下的舰船振动特性分析

考虑螺旋桨脉动压力与轴承力的影响,开展了螺旋桨激励力对舰船振动的影响研究;分析了某舰船在最大航速、巡航速度下等不同航行状态下的舰船振动,得到了不同航行状态下舰船的振动响应;计算结果表明:高航速下螺旋桨激励力对舰船的振动有一定影响,低速时螺旋桨激励力对舰船的振动影响不大;对于同一航速而言,双桨同时工作较四桨同时工作时的振动偏大,从减小振动角度出发,宜采用四桨同时推进的方式航行.     

机械设备对基座激励力估算方法研究

目前工程问题中,各种机械设备繁多,通过实测途径直接获得机械设备对基座的输出激励力有较大的工程难度,因此工程中往往采用间接估算方法.基于有限元法和导纳法的基本原理,在空气中壳体结构有限元数值计算模型上加载单位力进行分析计算,得到壳体结构内部机械设备各机脚之间的加速度导纳复矩阵,利用机械设备的实测机脚加速度数据,由导纳法的基本原理,间接估算出机械设备对基座的输出激励力;并将估算得到的激励力加载在原有限元模型中设备对基座的激励点处,计算得到壳体表面的响应数据,并与壳体表面的实测响应数据进行对比分析,结果表明该间接估算方法可行,具有一定的工程应用价值.     

舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性

  目的  船舶基座结构是船舶减振的重要设备,为提高基座结构的减振效果,在结构表面敷设阻尼材料是常用手段。  方法  以基座结构的加速度振级落差为评价指标,应用各向正交惩罚材料密度法（SIMP）,建立自由阻尼材料的拓扑优化数学模型。在优化模型中,其约束条件是确保在阻尼材料总使用量一定的情况下实现阻尼材料在基座结构表面的最优分布。最后,以某型船的主机基座为例,在建立的有限元模型的基础上,开展基座结构阻尼材料拓扑优化的数值计算,并利用基座模型实验的方法对拓扑优化数值计算结果进行实验验证。  结果  经验证,获得了阻尼材料的最优敷设方案。  结论  所得成果对船舶基座结构设计和复合材料的应用具有一定的参考价值。     

船舶机械振动源激励力的间接估算工程方法

讨论了两种间接估算激励力的方法，目的是希望在工程现场应用这些工程方法取代激励力的直接测量。对刚性安装的机器推荐采用最小二乘法，该方法是基于支撑结构的加速度导纳特性进行估算的。对弹性安装的机器，推荐采用基于隔振器阻抗特性的激励力间接估算方法。力的估算是逆问题，文中采用奇异值分解技术来处理会遇到的病态问题，从而尽量降低估算误差。对估算的准确度、估算质量评价等进行了讨论。条件数的倒数在最小二乘法响应点的选取时可作为优选的先验判据，归一化残差可作为估算质量的后验判据。实验证明了间接估算方法是确定船舶机械激励力的恰当选择，实验结果的最小二乘法相对误差为3dB。测试中的信噪比被认为在力估算过程中有重要影响，低信噪比很可能是实际测试时的首要误差来源。也可用于指导船舶振动源特性描述的研究。     

合成孔径雷达图像增强的正则化方法研究

SAR图像在成像过程中分辨率会受到杂波的影响下降,不利于后续算法的进行,而正则化算法通过先验知识能够实现图像的重建。本文研究合成孔径雷达观测模型,并将正则化算法应用于SAR图像增强。最后进行实验对比。本文所采用的算法在迭代最优解求解的过程中比Cetin算法用时少,并且图像增强后的平均3db主瓣宽度比增强前小,由此说明本文算法的有效性。     

船舶机械振动源激励力的间接估计工程方法

船舶机械设备输出到船体上的激励力对船舶结构振动预报有着重要意义,文章讨论了两种间接估算激励力的方法,目的是希望在工程现场应用这些工程方法取代激励力的直接测量.对刚性安装的机器推荐采用最小二乘方法,该方法是基于支撑结构的加速度导纳特性进行估算.对弹性安装的机器而言,推荐采用基于隔振器阻抗特性的激励力间接估算方法.力的估算是逆问题,文中采用奇异值分解技术来处理会遇到的病态问题,从而尽量降低估算误差.文中还对估算的准确度、估算质量评价等进行了讨论.条件数的倒数在最小二乘法响应点的选取时可作为优选的先验判据,归一化残差可作为估算质量的后验判据.实验证明了间接估算方法是确定船舶机械激励力的恰当选择,实验结果的最小二乘法相对误差为3分贝.测试中的信噪比被认为在力估算过程中有重要影响,低信噪比很可能是实际测试时的首要误差来源.该文也可用于指导船舶振动源特性描述的研究.     

浮标系泊结构的参数优化匹配方法研究

针对浅海浮标系泊结构姿态控制问题,进行系统参数优化匹配计算方法研究.首先进行系泊结构力学分析,建立系统的力和力矩平衡方程,推导出系泊系统状态的描述方程;采用系泊系统起锚角和检测设备舱的倾斜角度为约束条件,取锚链型号和重物球质量作为设计变量,建立锚链的垂直高度相对误差最小为目标的系统参数优化匹配的数学模型;用最小二乘法求解非线性方程组,进行分层变量优化计算.所提出的系泊系统结构参数优化计算方法可为浮标系泊系统结构设计提供理论依据.     

桩柱最大水平波浪力的一种新计算方法

从Morison方程出发,对其进行适当变形、推演,最终得到一种可直接计算近海平台支撑物所受最大水平波浪力的计算方法。通过实例计算,得出不同情况下最大水平波浪力。将该计算结果与经典计算法所得结果进行对比,在实际情况下,该算法与经典算法所得结果相近。在工程项目初始阶段,可使用该方法进行综合估算。     

基于机器学习的风暴中船体减摇自动化控制方法研究

针对传统模糊控制方法修正误差大、航行过程中出现风暴现象船舶的晃动程度较高的现象,提出并设计了一种基于机器学习的船体减摇自动化控制方法。结合数学模型对船舶减摇过程中所受的偏移力矩进行分析后,确定船体姿态参量的自整定性处理系数,采用机器学习方法对自动化控制算法进行优化,实现船体姿态参量的误差补偿,完成对风暴环境中船舶的自动化减摇控制。仿真实验结果表明,采用基于机器学习的自动化控制方法能够有效增强船体减摇过程中的误差修正能力,鲁棒性极强。     

基于机器学习的船舶能耗智能预测方法验证分析

船舶能耗智能预测是实现船舶能效智能评估与优化决策的基础和前提。大数据、人工智能、机器学习等新兴技术促进了船舶能耗预测方法的不断发展,为分析不同基于机器学习的船舶能耗预测算法的预测精度与效果,进行了不同预测算法的实例验证分析。结合船舶油耗及其影响因素实船采集数据,通过采用不同机器学习算法对船舶能耗进行预测分析,验证了各算法的特点和优势,从而为选择合适的船舶能耗预测算法提供参考。     

基于支持向量机的舰船建造费组合预测方法研究

权重求取是组合预测方法应用的核心问题,针对现有方法的不足,提出了一种基于支持向量机的组合预测方法,构建了相应的组合预测模型,并对舰船建造费进行了预测,将该模型的预测结果与单个预测方法的预测结果进行了比较。实践证明该方法能有效地降低误差。     

基于偏相关性分析的船型优化设计方法

针对传统船型优化存在耗费时间长、优化效率低的缺点,本文提出一种基于偏相关性的船型优化设计方法。该方法利用偏相关性分析,对船体外形与兴波阻力的相关规律进行经验总结,并将这种设计经验引入到优化设计中,可以缩小相关设计变量的取值范围,显著提高优化效率。利用该方法对布拉尼函数(Branin Function)、哈特曼函数(Hartman function)以及KCS集装箱船的兴波阻力进行优化计算,通过对比分析,证明了该方法的可行性。     

Numerical simulation of nonlinear wave force on a quasi-ellipse caisson

A three dimensional numerical model of nonlinear wave action on a quasi-ellipse caisson in a time domain was developed in this paper. Navier-Stokes equations were solved by the finite difference method, and the volume of fluid (VOF) method was employed to trace the free surface. The partial cell method was used to deal with the irregular boundary typical of this type of problem during first-time wave interaction with the structure, and a satisfactory result was obtained. The numerical model was verified and used to investigate the effects of the relative wave height H/d, relative caisson width kD, and relative length-width ratio B/D on the wave forces of the quasi-ellipse caisson. It was shown that the relative wave height H/d has a significant effect on the wave forces of the caisson. Compared with the non-dimensional inline wave force, the relative length-width ratio B/D was shown to have significant influence on the non-dimensional transverse wave force.     

基于鲁棒性的船体中横剖面多目标优化

工程应用中在进行鲁棒性优化设计时,要求所求出的解既要具有较高的质量,又要满足一定的鲁棒性要求。将鲁棒性优化问题转化为一个双目标的优化问题,即一个目标为解的最优性,另一个目标为解的鲁棒性,并针对一艘最大应力接近许用应力的多用途船进行基于鲁棒性的中横剖面优化设计。首先,用支持向量机的方法建立船体舱段的近似模型,用于求取舱段的最大应力,并结合蒙特卡罗积分的思想构造出表示最大应力鲁棒性的函数;随后,以最大应力最小和最大应力的鲁棒性函数值最小为目标函数,设计出一种求解鲁棒性最优解的粒子群多目标优化算法。优化结果不仅能降低船体结构的最大应力,同时还可较大程度地提高最大应力的鲁棒性,证明了该方法的可行性。     

船舶横摇混沌阈值的数值方法研究

为计算梅尔尼科夫函数的简单零点,文章比较分析了两种数值算法:类帕德逼近和高斯—勒让德积分,作为验证,计算了某激励频率下系统的李雅普诺夫指数谱。然后选取某型船,采用梅尔尼科夫函数方法计算了横摇动力系统的混沌阈值,观察了横摇系统的安全池随外激励增大而逐渐破损的过程,并追踪了破损域中某点的相轨迹。研究计算表明:类帕德逼近可以较精确地得到同(异)宿轨道的参数方程,但在方程的设解形式上需要一定的技巧性,且计算量较大;高斯—勒让德积分不关注参数方程具体形式,处理简单,便于工程计算。