[發明專利]基于模態強度的振動場監測優化方法

在審

• 申請號: 201711093793.6
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN108228958A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 原春暉;阮竹青;張俊杰;彭偉才
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01M7/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

1.一種基于模態強度的振動場監測優化方法，包括以下步驟：

1)將振動加速度傳感器均勻布置在大尺度殼體結構表面；

2)對殼體進行激勵，測試各個振動響應點的振動數據；每個振動加速度傳感器為一個振動響應點；

3)對測試數據進行模態分析，識別各模態，并得到了各模態振型；

定義模態強度作為表征第i階模態強弱程度的數值表示,

其中，m為模態總數，表示第i階模態在第j個激勵的作用點處的模態振型值，ω_i為該模態圓頻率；

4)計算各模態的歸一化模態強度，然后根據計算結果進行模態優選，優選占總強度設定比例的強度較大的N個高能模態；

5)對初始振動響應點，基于模態強度的有效獨立法，從大量均勻布置在結構上的s個傳感器測點位置中剔除部分位置，僅保留E個傳感器測點位置，同時保證通過E個測點識別出的模態保持線性獨立，并且是完備的；其中，E<s且E不小于結構模態截斷數；

6)對優選獲得的測量傳感器位置和數量，在這些位置測量振動響應后，對整個結構振動場進行重構，獲得結構上所有部位的振動響應，實現對結構的振動監測。

2.根據權利要求1所述的基于模態強度的振動場監測優化方法，其特征在于，所述步驟4)中總強度設定比例為80％至90％。

3.根據權利要求1所述的基于模態強度的振動場監測優化方法，其特征在于，所述步驟5)中傳感器測點位置的剔除方法如下：

5.1)根據模態疊加原理，系統的響應表示為：

其中，{u}∈R_s×1，表示物理坐標：φ_s為第i階模態向量，φ_s∈R_s×m，表示模態向量矩陣；q_i為第i階模態坐標，{q}∈R_m×1，s代表測量傳感器的總數，m代表模態階數；

5.2)構造矩陣E：

由于E²＝E，因此E是冪等矩陣，其特征值或者是l或者是0，冪等矩陣的跡等于秩，其對角線上的第i個元素表示第i個自由度或測試點對矩陣φ_s的秩的貢獻，也就是對A的線性獨立的貢獻；

將矩陣E的對角線元素寫成一個列向量：

EI＝[E₁₁,E₂₂,…,E_ss]^T

如果E_ii＝0，則表示在相應第i測點上無法識別所關心的模態，E_ii＝1則表示相應測點是關鍵點，應在測試中保留而不能去除，據此選擇EI矩陣中接近1的元素所對應的傳感器測點位置，作為振動響應的監測部位，實現傳感器優化布置。

4.根據權利要求1所述的基于模態強度的振動場監測優化方法，其特征在于，所述步驟6)中采用振動場重構方法對整個結構振動場進行重構，具體如下：

根據振動疊加理論，有

V＝ΦA

式中：V為結構表面s個測點的法向振速列向量；Φ為結構振動模態法向分量矩陣；A為模態坐標列向量；

結構表面E個測點位置處的振動速度為：

V_E＝Φ_EA

式中：V_E＝[v₁,v₂,…,v_E]^T為從表面振動速度向量V中取出E個測點處的振動響應形成測點響應矢量；Φ_E為E個測點位置對應的振動模態矩陣，A為模態坐標列向量；則：