一种船舶典型结构内损耗因子快速测试方法技术

本发明专利技术提供一种船舶典型结构内损耗因子快速测试方法，首先根据船舶结构特点，选取甲板、舱壁、内底板、舷侧板作为待测构件，并将待测构件做吊装处理，选择9组加速度传感器并平均布置于待测构件上，启动信号采集仪，设置通道参数，通道平衡清零，采用锤击法于激励位置施加瞬态载荷输入，待采集信号衰减平稳后分别获取并存储各组传感器的加速度时历信号。基于Hilbert变换理论，将采集到的加速度时历衰减信号进行变换、解析、拟合处理，获得一次激励下待测结构的内损耗因子。通过变换激励位置及重复操作，最终获得待测结构的平均内损耗因子。本发明专利技术精确度良好、操作简便易行、成本低、辅助设备少且可控度高，具有良好的经济性和广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶典型结构内损耗因子快速测试方法
本专利技术涉及一种测试方法，尤其涉及一种船舶典型结构内损耗因子快速测试方法。
技术介绍
内损耗因子是衡量系统阻尼特性并决定其振动能量耗散能力的重要参数，确定结构阻尼最常用且最可靠的途径是通过测量来决定；目前，诸如半功率法、模态圆拟合法都是伴随模态分析与参数识别技术而产生的，测量结果是结构的单频内损耗因子即模态内损耗因子。用于测量频带平均内损耗因子的方法通常有稳态能量流法和瞬态衰减法。但是稳态能量流法需要准确计算输入功率，这无疑给测量内损耗因子带来不便，误差也会很大。解决船舶等复杂结构的振动与噪声问题时，比较有效的方法是统计能量分析法(SEA)。这种方法运用能量的观点，忽视了结构的具体细节，统一的解决振动和噪声问题，但是使用这种方法的前提条件是获得三个参数，其中就包括内损耗因子。由于结构复杂性的提高导致使用理论计算越来越难，精度也不够高，所以比较可靠的方法是实验法——瞬态衰减法。瞬态衰减法适用于快速估算结构和声容积的频带平均内损耗因子，且无需测量输入功率，其统计误差相对较小。根据自由振动信号的衰减特点，利用Hilbert变换得到响应信号的包络线函数，实现结构在任意频率范围内的频段平均内损耗因子的测量。采用Hilbert变换可以方便地确定响应信号的外包络线，清楚地反映信号幅值随时间衰减的趋势，从而为测量结构的频段平均内损耗因子提供了一条较为方便的途径。通过对现有技术的文献检索发现，近年来，关于结构内损耗因子测量相类似的专利文献鲜有发表，与本专利技术专利有关的公开资料主要包括：1、飞行器内损耗因子的测量方法(专利号：CN105987953A)；2、一种材料内损耗因子测量的方法(专利号：CN103983691A)；3、基于冲激响应法的阻尼材料内损耗因子测量方法及测量装置(专利号：CN103698404A)；专利1是一种飞行器内损耗因子的测量方法，包括：将飞行器舱段自由吊挂，在所述飞行器上确定M个测试点，其中M为大于或等于1的整数；敲击所述飞行器舱段，测量每个测试点的振动响应；根据所述振动响应计算各个测试点的振动衰减混响时间；根据所述振动衰减混响时间计算内损耗因子；在所述飞行器舱段外设置激励声源，控制所述激励声源的输出并测量声衰减混响时间，根据所述声衰减混响时间计算声空间内损耗因子；专利2公开了一种材料内损耗因子测量的方法，属于材料阻尼特性测量领域。该方法包括备两块同尺寸同材质的金属板；在其中一块金属板上敷设一层待测材料形成复合阻尼板；测量获得不同脉冲信号频率下复合阻尼板和金属板的弯曲波传播速度；计算阻尼层与金属层的杨氏模量比e；测量得到复合阻尼板结构内损耗因子p；最后计算得到阻尼层的材料内损耗因子几。专利3专利技术涉及一种基于冲激响应法的阻尼材料内损耗因子测量方法及测量装置,测量方法包括以下步骤：1)信号发射模块向阻尼台上的被测试件发出激励信号；2)信号采集模块采集试件振动速度信号并将其发送给信号处理模块；3)信号处理模块对接收到的振动速度信号进行处理后得到试件的冲激响应和频响函数，以及阻尼材料内损耗因子，并将结果发送给显示模块、存储及报表生成模块；4)显示模块显示冲激响应和频响函数曲线、阻尼材料内损耗因子；5)存储及报表生成模块存储测量数据以及阻尼材料内损耗因子计算结果，并生成测试报告；6)离线分析模块可调用已存储的数据进行深入分析。综上所述，已公开发表的专利与本专利技术均存在较大的差异，并且尚无相关申请专利，本专利技术对一种船舶典型结构内损耗因子测试方法进行了介绍，为船舶典型结构阻尼特性的测量提供参考，而且本专利技术精确度良好、操作简便易行、成本低、辅助设备少且可控度高等，具有良好的经济性和广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种船舶典型结构内损耗因子快速测试方法，是一种能够快速获得船舶典型结构阻尼特性的有效测试方法。本专利技术的目的是这样实现的：步骤1：根据船舶结构特点，选取甲板、舱壁、内底板或舷侧板作为待测构件，并将待测构件做吊装处理，选择9组加速度传感器并平均布置于待测构件上，确定加速度传感器、ICP加速度计信号调理器及信号采集仪之间连接正确；步骤2：启动信号采集仪，设置通道参数，通道平衡清零，采用锤击法于激励位置施加瞬态载荷输入，待采集信号衰减平稳后分别获取并存储各组传感器的加速度时历衰减信号；步骤3：基于Hilbert变换理论，将采集到的加速度时历衰减信号进行变换、解析、拟合处理，获得一次激励下待测结构的内损耗因子；步骤4：激励位置不变，重复所述步骤2-3，得到单个激励位置多次激励下待测结构的平均内损耗因子；步骤5：改变激励位置，重复所述步骤2-4，得到多个激励位置多次激励下待测结构的平均内损耗因子。本专利技术还包括这样一些结构特征：1.激励位置和加速度传感器的位置选取在待测结构板架几何中心、1/4及1/8的典型位置处，激励位置应能激起待测结构的前几阶模态，加速度传感器的布置应采集到的信号能反映待测结构整体的振动情况。2.步骤3至5具体为：(1)将采集到的待测构件振动加速度时历曲线，经自动或手动节选共振峰衰减曲线，应确保包含从共振峰至信号衰减平稳的完整过程曲线。(2)通过Hilbert变换将振动加速度时历信号进行处理，获得待测构件振动加速度时历信号的解析信号，其计算公式如下：式中：*——卷积符号；H[x(t)]——Hilbert变换公式；x(t)——瞬态激励后的加速度时历信号；——Hilbert变换后的加速度时历信号；u(t)——加速度解析信号；(3)将得到的加速度解析信号进行处理，得到加速度响应信号的包络，再对响应信号的包络进行对数变换，获得其衰减曲线，其计算公式如下：式中：A(t)——响应信号的包络；——加速度响应信号的衰减曲线；(4)对衰减曲线进行一次线性拟合，并获得衰减曲线斜率的绝对值，即为待测结构的结构阻尼η，将其除以圆频率ω即得到待测结构的阻尼比阻尼比的2倍即为被测试结构的内损耗因子ξ＝2ζ；(5)重复(1)-(4)，得到多个激励位置多次激励下待测结构的平均内损耗因子为：式中：ξij——第i位置第j次激励时的结构内损耗因子；ξi——第i位置j次激励后结构的平均内损耗因子；——n个位置激励后结构的平均内损耗因子。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所要解决的问题是：衡量船舶典型结构系统阻尼特性，确定船舶典型结构振动能量耗散能力，解决船舶复杂结构的振动与噪声控制问题。本专利技术精确度良好、操作简便易行、成本低、辅助设备少且可控度高，具有良好的经济性和广阔的应用前景。本专利技术可应用于船舶典型结构内损耗因子的快速测试，根据结构尺寸合理确定激励位置、加速度传感器数量及布设位置，激励力和加速度传感器的位置一般选取在待测结构板架几何中心、1/4及1/8等典型位置处，激励力的位置确保能激起待测结构的前几阶模态，加速度传感器的布置应确保采集到的信号能反映待测结构整体的振动情况。根据采样频率、加速度传感器的灵敏度及量程来确定采样时间长短，一般控制在8-10秒，待采集信号衰减平稳后进行信号的存储。1)利用自动或手动节选加速度时历曲线，再对Hilbert变换后得到三维加速度解析信号的包络进行线性拟合，最终得到待测结构的内损耗因子，该方法具有速度快，精确度良好的优点，因为加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶典型结构内损耗因子快速测试方法，其特征在于：步骤如下：步骤1：根据船舶结构特点，选取甲板、舱壁、内底板或舷侧板作为待测构件，并将待测构件做吊装处理，选择9组加速度传感器并平均布置于待测构件上，确定加速度传感器、ICP加速度计信号调理器及信号采集仪之间连接正确；步骤2：启动信号采集仪，设置通道参数，通道平衡清零，采用锤击法于激励位置施加瞬态载荷输入，待采集信号衰减平稳后分别获取并存储各组传感器的加速度时历衰减信号；步骤3：基于Hilbert变换理论，将采集到的加速度时历衰减信号进行变换、解析、拟合处理，获得一次激励下待测结构的内损耗因子；步骤4：激励位置不变，重复所述步骤2‑3，得到单个激励位置多次激励下待测结构的平均内损耗因子；步骤5：改变激励位置，重复所述步骤2‑4，得到多个激励位置多次激励下待测结构的平均内损耗因子。

【技术特征摘要】
1.一种船舶典型结构内损耗因子快速测试方法，其特征在于：步骤如下：步骤1：根据船舶结构特点，选取甲板、舱壁、内底板或舷侧板作为待测构件，并将待测构件做吊装处理，选择9组加速度传感器并平均布置于待测构件上，确定加速度传感器、ICP加速度计信号调理器及信号采集仪之间连接正确；步骤2：启动信号采集仪，设置通道参数，通道平衡清零，采用锤击法于激励位置施加瞬态载荷输入，待采集信号衰减平稳后分别获取并存储各组传感器的加速度时历衰减信号；步骤3：基于Hilbert变换理论，将采集到的加速度时历衰减信号进行变换、解析、拟合处理，获得一次激励下待测结构的内损耗因子；步骤4：激励位置不变，重复所述步骤2-3，得到单个激励位置多次激励下待测结构的平均内损耗因子；步骤5：改变激励位置，重复所述步骤2-4，得到多个激励位置多次激励下待测结构的平均内损耗因子。2.根据权利要求1所述的一种船舶典型结构内损耗因子快速测试方法，其特征在于：激励位置和加速度传感器的位置选取在待测结构板架几何中心、1/4及1/8的典型位置处，激励位置应能激起待测结构的前几阶模态，加速度传感器的布置应采集到的信号能反映待测结构整体的振动情况。3.根据权利要求1或2所述的一种船舶典型结构内损耗因子快速测试方法，其特征在于：步骤3至5具体为：(1)将采集到的待测构件振动加速度时历曲线，经自动或手动节选共振峰衰减曲线，应确保包含从共振峰至信号衰减平稳的完整过程曲线。(2)通过Hilbert变换将振动加速度时历信号进行处理，获得待测构件振动加速度时历信号的解析信号，其计算公式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：庞福振，田宏业，王雪仁，缪旭弘，马建强，霍瑞东，杜圆，李海超，于博天，彭德炜，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23