船舶传感器测点优化方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种船舶传感器测点优化方法和装置，所述方法包括：基于待测船舶构建有限元模型和边界元模型；根据有限元模型得到结构传递函数和根据边界元模型得到声振传递函数；根据结构传递函数得到第一测点集合，并评估第一测点集合中每个测点的独立性和结构传递函数的病态性；根据声振传递函数获取与第一测点集合的位置相对应的第二测点集合，并评估第二测点集合中每个测点的振动与目标响应的相关性；根据独立性、病态性以及相关性构建综合参数评价准则确定目标测点集合。基于所述目标测点集合，本发明专利技术可得到振动传感器数量较少情况下的最优布置方案。下的最优布置方案。下的最优布置方案。

【技术实现步骤摘要】
船舶传感器测点优化方法和装置


[0001]本专利技术涉及船舶测试
，尤其涉及一种船舶传感器测点优化方法和装置。

技术介绍

[0002]航空航天、车辆、船舶的结构优化设计领域，需要对结构的关键位置进行性能分析以保证系统的稳定性和安全性，可通过布设传感器对特征量进行动态监测和处理。
[0003]现有的测试技术中，对于复杂、模态密度高的结构没有一个精准评估传感器布置优劣的技术方案，大多是凭经验布置、结构表面均匀布置或大面积密集布置的策略。凭经验布置或均匀布置，则无法全面反映设备的振动状态，当传感器布置在振动模态节点位置，测试数据会丢失振源特性。若传感器布置过多，测试成本较高，容易产生冗余数据，同时改变结构本身的固有特性。因此，减少测点数量和确定测点位置是传感器测点优化的两个关键问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种船舶传感器测点优化方法和装置，用以解决现有技术中优化船舶传感器测点的数量和位置的问题。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种船舶传感器测点优化方法，包括：
[0006]基于待测船舶构建有限元模型和边界元模型；
[0007]根据所述有限元模型得到结构传递函数和根据所述边界元模型得到声振传递函数，所述结构传递函数表示激励源至结构振动响应的函数，所述声振传递函数表示结构振动响应至声辐射响应的函数；
[0008]根据所述结构传递函数得到所述待测船舶的第一测点集合，并评估所述第一测点集合中每个测点的独立性和所述结构传递函数的病态性；
[0009]根据所述声振传递函数获取与所述第一测点集合的位置相对应的第二测点集合，并评估所述第二测点集合中每个测点的振动与目标响应的相关性；
[0010]根据所述独立性、所述病态性以及所述相关性构建综合参数评价准则确定目标测点集合。
[0011]在本专利技术一实施例中，所述基于待测船舶构建有限元模型的步骤包括：
[0012]基于待测船舶的结构和环境载荷构建有限元模型和边界元模型，所述待测船舶的结构为满足预设条件的船体模型，所述环境载荷包括附加质量占比超过所述待测船舶本体质量的预设值的载荷。
[0013]在本专利技术一实施例中，基于待测船舶构建边界元模型的步骤包括：
[0014]基于所述待测船舶的辐射面构建边界元模型，并将所述待测船舶的结构振动响应映射到所述边界元模型的声学边界网格。
[0015]在本专利技术一实施例中，所述结构传递函数根据以下的表达式获得：
[0016][M+M
A
][
ü
]+[K+K
A
][u]＝{F}；
[0017]其中，M表示待测船舶本体的质量矩阵，M
A
表示环境载荷作用产生的附加质量矩阵，K表示待测船舶本体的刚度矩阵，K
A
表示环境载荷作用产生的附加刚度矩阵，
ü
表示加速度向量，u表示速度向量，F表示广义力。
[0018]在本专利技术一实施例中，所述声振传递函数根据以下的表达式获得：
[0019][0020]其中，表示拉格朗日算子，Φ(r,t)表示速度势函数，c表示流体中声波速度，r表示振动点到声学响应点的距离，t表示时间，V表示声场内部空间，表示求偏导。
[0021]在本专利技术一实施例中，根据所述结构传递函数得到所述待测船舶的第一测点集合的步骤包括：
[0022]以所述结构传递函数的各个样本点为对象，通过中心聚类分析得到所述第一测点集合，所述中心聚类分析采用欧式距离作为评价指标，其表达式为：
[0023][0024]其中，d(x,y)表示n维空间的x变量与y变量间的距离，x
i
表示第i个频率，y
i
表示第i个频率下的结构传递函数。
[0025]在本专利技术一实施例中，评估所述第一测点集合中每个测点的独立性和所述结构传递函数的病态性的步骤包括：
[0026]对所述第一测点集合的每个测点进行离散点相干分析以得到相干因子，该相干因子同时表征每个测点的独立性和反演矩阵的病态性。
[0027]在本专利技术一实施例中，对所述第一测点集合的每个测点进行离散点相干分析以得到相干因子的步骤包括：
[0028]根据N
F
个激励点对应N
r
个响应点的结构传递函数，某个频率下的结构传递函数的矩阵表示为：
[0029][0030]其中，表示所有激励点H到响应点i的结构传递函数行向量，i＝1,2,
…
,N
r
；
[0031]定义结构传递函数的行相干系数r
ik
为：
[0032][0033]其中，r
ik
表示H
i
与H
k
之间的独立性，r
ik
越趋近于0，表示与响应点i、k对应的结构传
递函数越独立，r
ik
越趋近于1，表示与响应点i、k对应的结构传递函数越相似；
[0034]由所述行相干系数r
ik
组成的相干系数矩阵表示为：
[0035][0036]在本专利技术一实施例中，从所述第一测点集合中选择Nc个测点，r
Nc
×
Nc
||
F
为F范数，则F范数表示为：
[0037][0038]其中，λ(s)越小，表示一组激励点到该Nc个响应点间结构传递函数的相干性越小和矩阵的病态性越弱；λ(s)越大，表示矩阵的病态性越强，对应的测点选择的精确度越小。
[0039]在本专利技术一实施例中，相干因子λ(s)满足下式的组合为最优响应点组合：
[0040][0041]在本专利技术一实施例中，所述评估所述第二测点集合中每个测点的振动与目标响应的相关性的步骤包括：
[0042]定义所述相关性的声学振动相关系数ρ
VN
为：
[0043][0044]其中，V
i
表示测点的振动加速度级，表示测点的振动加速度级的均值，P
i
表示测点对应的声压级，表示测点对应的声压级的均值；
[0045]对该声学振动相关系数ρ
VN
进行标准化处理，得到标准化后的声学振动相关系数ρ
*,i
，该标准化后的声学振动相关系数ρ
*,i
的表达式为：
[0046][0047]其中，μ
N
表示所有测点的声学振动相关系数的均值，σ
N
表示所有测点的声学响应相关系数的标准差。
[0048]在本专利技术一实施例中，根据所述独立性、所述病态性以及所述相关性构建综合参数评价准则确定目标测点集合的步骤包括：
[0049]根据所述独立性、所述病态性以及所述相关性构建综合参数评价准则，并根据所述综合参数评价准则确定所述目标测点集合，所述综合参数评价准则的表达式为：
[0050][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶传感器测点优化方法，其特征在于，包括：基于待测船舶构建有限元模型和边界元模型；根据所述有限元模型得到结构传递函数和根据所述边界元模型得到声振传递函数，所述结构传递函数表示激励源至结构振动响应的函数，所述声振传递函数表示结构振动响应至声辐射响应的函数；根据所述结构传递函数得到所述待测船舶的第一测点集合，并评估所述第一测点集合中每个测点的独立性和所述结构传递函数的病态性；根据所述声振传递函数获取与所述第一测点集合的位置相对应的第二测点集合，并评估所述第二测点集合中每个测点的振动与目标响应的相关性；根据所述独立性、所述病态性以及所述相关性构建综合参数评价准则确定目标测点集合。2.根据权利要求1所述的船舶传感器测点优化方法，其特征在于，所述基于待测船舶构建有限元模型的步骤包括：基于待测船舶的结构和环境载荷构建有限元模型和边界元模型，所述待测船舶的结构为满足预设条件的船体模型，所述环境载荷包括附加质量占比超过待测船舶本体质量的预设值的载荷。3.根据权利要求1所述的船舶传感器测点优化方法，其特征在于，基于待测船舶构建边界元模型的步骤包括：基于所述待测船舶的辐射面构建边界元模型，并将所述待测船舶的结构振动响应映射到所述边界元模型的声学边界网格。4.根据权利要求1所述的船舶传感器测点优化方法，其特征在于，所述结构传递函数根据以下的表达式获得：其中，M表示待测船舶本体的质量矩阵，M
A
表示环境载荷作用产生的附加质量矩阵，K表示待测船舶本体的刚度矩阵，K
A
表示环境载荷作用产生的附加刚度矩阵，
ü
表示加速度向量，u表示速度向量，F表示广义力。5.根据权利要求1所述的船舶传感器测点优化方法，其特征在于，所述声振传递函数根据以下的表达式获得：其中，表示拉格朗日算子，Φ(r,t)表示速度势函数，c表示流体中声波速度，r表示振动点到声学响应点的距离，t表示时间，V表示声场内部空间，表示求偏导。6.根据权利要求1所述的船舶传感器测点优化方法，其特征在于，根据所述结构传递函数得到所述待测船舶的第一测点集合的步骤包括：以所述结构传递函数的各个样本点为对象，通过中心聚类分析得到所述第一测点集合，所述中心聚类分析采用欧式距离作为评价指标，其表达式为：
其中，d(x,y)表示n维空间的x变量与y变量间的距离，x
i
表示第i个频率，y
i
表示第i个频率下的结构传递函数。7.根据权利要求1所述的船舶传感器测点优化方法，其特征在于，评估所述第一测点集合中每个测点的独立性和所述结构传递函数的病态性的步骤包括：对所述第一测点集合的每个测点进行离散点相干分析以得到相干因子，该相干因子同时表征每个测点的独立性和反演矩阵的病态性。8.根据权利要求7所述的船舶传感器测点优化方法，其特征在于，对所述第一测点集合的每个测点进行离散点相干分析以得到相干因子的步骤包括：根据N
F
个激励点对应N
r
个响应点的结构传递函数，某个频率下的结构传递函数的矩阵表示为：其中，表示所有激励点H到响应点i的结构传递函数行向量，i＝1,2,
…
,N
r
；定义结构传递函数的行相干系数r
ik
为：其中，r
ik
表示H
i
与H
k

【专利技术属性】
技术研发人员：叶林昌，刘赟，童宗鹏，沈建平，汤箐，
申请(专利权)人：上海齐耀重工有限公司，
类型：发明
国别省市：