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基于FBG传感的螺旋桨运行模态参数识别
| 论文题名： | 基于FBG传感的螺旋桨运行模态参数识别 |
| 关键词： | 螺旋桨;运行模态参数识别;谐波模态;FBG传感器 |
| 摘要： | 在船舶运行过程中，螺旋桨的振动给船舶带来了很多有害的影响。为了对其进行减振降噪，对螺旋桨的模态参数进行识别研究具有十分重要的意义。由于螺旋桨在水下工作时难以对其载荷进行测量，所以传统的模态参数识别方法不再适用，因此本文采用运行模态参数识别的方法来对螺旋桨的模态参数进行识别。 相较于传统的传感器，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，不会影响螺旋桨的结构特征，适用于螺旋桨的水下动应变测量。本文分别以单叶螺旋桨为研究对象，用随机子空间（StochasticSubspaceIdentification，SSI）法识别出了其在白噪声激励下的模态参数；以四叶螺旋桨为研究对象，通过设计敞水试验，将SSI法和谐波模态的检测、剔除方法结合识别出了其模态参数。本文主要的研究内容如下： （1）从原理上详细推导SSI法，并在MATLAB中将其程序化。针对螺旋桨这类旋转机械存在的谐波模态问题，分别从时域和频域的角度对其谐波模态进行检测和剔除，以获得更加准确的螺旋桨结构的运行模态参数。 （2）进行白噪声激励下的螺旋桨模态参数识别。首先，在仿真软件ANSYSWorkbench中对单叶螺旋桨进行了模态仿真分析。其次，对单叶螺旋桨进行激振试验。最后，将0°方向（平行于导边）、90°方向（垂直于导边）识别出的模态参数和仿真得到的模态参数进行对比。在固有频率方面，0°方向的最大误差为-4.33%，90°方向的最大误差为-5.73%；在阻尼比方面，0°方向的最大误差为14.17%，90°方向的最大误差12.97%；在振型方面，0°方向的最大误差为-15.45%，90°方向的最大误差为-15.86%。 （3）进行非白噪声激励下的螺旋桨模态参数识别。在仿真软件ANSYSWorkbench中对螺旋桨进行湿模态仿真分析。搭建螺旋桨敞水试验平台，获得螺旋桨在三种工况下的应变数据，对其进行谐波模态的检测和剔除。用SSI法识别出剔除谐波模态前后的模态参数，并和仿真结果进行对比。经过谐波模态的剔除，识别出的螺旋桨模态参数更加准确。剔除了谐波模态之后，在固有频率方面，0°方向的最大误差为8.50%，90°方向的最大误差为13.49%；在阻尼比方面，0°方向的最大误差为-14.81%，90°方向的最大误差为9.26%；在振型方面，0°方向上的最大误差为12.78%，90°方向的最大误差为15.84%。 |
| 作者： | 王子轩 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 胡业发 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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