[發(fā)明專利]基于模態(tài)強(qiáng)度的振動(dòng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)優(yōu)化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711093793.6
• 申請(qǐng)日: 2017-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN108228958A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 原春暉;阮竹青;張俊杰;彭偉才
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): 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

本發(fā)明公開了一種基于模態(tài)強(qiáng)度的振動(dòng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)優(yōu)化方法，該方法首先通過剔除模態(tài)強(qiáng)度低的模態(tài)、保留高能模態(tài)，縮減用于計(jì)算的模態(tài)數(shù)量；再基于模態(tài)獨(dú)立性原則，從均勻布置所需的所有傳感器位置中，剔除對(duì)模態(tài)獨(dú)立性貢獻(xiàn)較小的位置，僅保留保證模態(tài)獨(dú)立性有效的位置，通過多次循環(huán)迭代、每次迭代剔除一個(gè)位置，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)數(shù)量的縮減和測(cè)點(diǎn)位置優(yōu)選。然后基于模態(tài)疊加法，僅采用數(shù)量縮減、位置優(yōu)選后傳感器組的測(cè)量數(shù)據(jù)，重構(gòu)整個(gè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)場(chǎng)，即可獲取整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位的振動(dòng)響應(yīng)。本發(fā)明解決了對(duì)船舶等大尺度結(jié)構(gòu)作振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)規(guī)模過大的難題，建立了振動(dòng)測(cè)量傳感器數(shù)量和布置位置的優(yōu)選方法，為振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了監(jiān)測(cè)布局的簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶監(jiān)測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種基于模態(tài)強(qiáng)度的振動(dòng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

船體結(jié)構(gòu)等大尺度結(jié)構(gòu)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)存在難以克服的矛盾：測(cè)量傳感器數(shù)量與測(cè)量精度難以兩全。高精度測(cè)量需要大量傳感器均勻布置到結(jié)構(gòu)上，傳感器數(shù)量過少會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度不足。但是船舶載重能力和空間有限，盡量減少傳感器數(shù)量及其信號(hào)線等附屬物，可以減少占用的重量和空間，同時(shí)可節(jié)省建造和維護(hù)成本，對(duì)船舶設(shè)計(jì)具有重要價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于模態(tài)強(qiáng)度的振動(dòng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)優(yōu)化方法,通過減少傳感器數(shù)量能節(jié)省空間、重量和成本，并顯著降低測(cè)量分析工作量，解決振動(dòng)測(cè)量傳感器數(shù)量和布置位置的優(yōu)選問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于模態(tài)強(qiáng)度的振動(dòng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

1)將振動(dòng)加速度傳感器均勻布置在大尺度殼體結(jié)構(gòu)表面；

2)對(duì)殼體進(jìn)行激勵(lì)，測(cè)試各個(gè)振動(dòng)響應(yīng)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)；每個(gè)振動(dòng)加速度傳感器為一個(gè)振動(dòng)響應(yīng)點(diǎn)；

3)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)分析，識(shí)別各模態(tài)，并得到了各模態(tài)振型；

定義模態(tài)強(qiáng)度作為表征第i階模態(tài)強(qiáng)弱程度的數(shù)值表示,

其中，m為模態(tài)總數(shù)，表示第i階模態(tài)在第j個(gè)激勵(lì)的作用點(diǎn)處的模態(tài)振型值，ω_i為該模態(tài)圓頻率；

4)計(jì)算各模態(tài)的歸一化模態(tài)強(qiáng)度，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行模態(tài)優(yōu)選，優(yōu)選占總強(qiáng)度設(shè)定比例的強(qiáng)度較大的N個(gè)高能模態(tài)；

5)對(duì)初始振動(dòng)響應(yīng)點(diǎn)，基于模態(tài)強(qiáng)度的有效獨(dú)立法，從大量均勻布置在結(jié)構(gòu)上的s個(gè)傳感器測(cè)點(diǎn)位置中剔除部分位置，僅保留E個(gè)傳感器測(cè)點(diǎn)位置，同時(shí)保證通過E個(gè)測(cè)點(diǎn)識(shí)別出的模態(tài)保持線性獨(dú)立，并且是完備的；其中，E<s且E不小于結(jié)構(gòu)模態(tài)截?cái)鄶?shù)；

6)對(duì)優(yōu)選獲得的測(cè)量傳感器位置和數(shù)量，在這些位置測(cè)量振動(dòng)響應(yīng)后，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)場(chǎng)進(jìn)行重構(gòu)，獲得結(jié)構(gòu)上所有部位的振動(dòng)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

按上述方案，所述步驟4)中總強(qiáng)度設(shè)定比例為80％至90％。

按上述方案，所述步驟5)中傳感器測(cè)點(diǎn)位置的剔除方法如下：

5.1)根據(jù)模態(tài)疊加原理，系統(tǒng)的響應(yīng)表示為：

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

5.2)構(gòu)造矩陣E：