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基于应变模态的螺旋桨分布载荷识别研究
| 论文题名： | 基于应变模态的螺旋桨分布载荷识别研究 |
| 关键词： | 螺旋桨;分布载荷识别;FBG传感器;应变模态;广义切比雪夫正交多项式 |
| 摘要： | 在船舶运行过程中，振动与噪声给船舶带来了很多有害的影响，螺旋桨作为船舶主要的推进装置，船舶上绝大多数振动及噪声都是由螺旋桨所受表面力引起。为降低振动与噪声带来的有害影响，对螺旋桨所受载荷进行识别具有十分重要的意义。但受限于技术及经济条件，直接通过传感器对螺旋桨所受载荷进行测量较为困难，因此本文采用间接识别法对螺旋桨所受载荷进行识别。 相较于其它传统的传感器，光纤布拉格光栅（FiberBraggGrating，FBG）传感器具有体积小、质量轻、耐腐蚀、易形成传感网络等独特优势，非常适合于螺旋桨的载荷识别。为充分利用FBG传感器的独特优势，并立足于螺旋桨结构的健康监测需求。本文以单叶螺旋桨为研究对象，载荷识别为目标，基于应变模态理论及广义正交多项式理论，在频域和广义正交域中对螺旋桨的分布载荷识别技术进行了初步研究。本文主要的研究内容如下： （1）建立了基于应变模态的螺旋桨分布载荷识别模型。基于应变模态理论，建立了螺旋桨的线、面载荷识别模型，并结合广义正交多项式理论，使用广义切比雪夫正交多项式对螺旋桨所受分布载荷函数进行拟合识别，将螺旋桨所受分布载荷的识别问题转化为广义切比雪夫正交多项式系数的求解问题。针对在载荷反演过程中，对测试信号进行求逆时出现的不适定性问题，采用Tikhonov正则化方法对基于应变模态的螺旋桨分布载荷识别模型进行优化控制。 （2）进行了基于应变模态的螺旋桨载荷识别模型的仿真验证。首先，基于应变模态理论对螺旋桨的分布载荷识别模型进行分析，得到了螺旋桨的分布载荷识别方法。基于该方法，在ANSYSWorkbench中分别对螺旋桨的线、面载荷识别模型的可行性及准确性进行了验证。通过建立正交域与多边形域之间的坐标转换关系，将只适用于加载面是正交域的载荷识别方法拓展至加载面是任意多边形域的情况，并对加载面是等腰梯形域的情况进行了验证。 （3）进行了基于应变模态的螺旋桨载荷识别的试验研究。充分利用应变模态理论以及实验室现有条件，采用有限元仿真与试验相结合的方法对螺旋桨结构上某一确定位置的集中载荷进行了识别。以此设计了基于应变模态的螺旋桨载荷识别的试验方案，搭建了螺旋桨激振试验的试验平台，对螺旋桨进行了激振试验，最后将螺旋桨的识别激励幅值和实际激励幅值进行对比。其结果表明，本文的载荷识别模型可以准确的对螺旋桨所受载荷进行识别，识别激励幅值与实际激励幅值之间的相对误差最大不超过11%。 |
| 作者： | 宋文浩 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 丁国平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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