船舶复杂结构多点激励源载荷识别技术与转换方法研究

从船舶复杂结构振动噪声性能仿真预报问题中提取"激励源载荷从何而来，怎么来"这一共性问题，开展相应的理论和试验研究，对提高仿真预报精度、满足船舶水上和水下复杂结构减振降噪设计的需要具有重要意义。船舶复杂结构的振动响应往往是多点/多种激励源耦合作用的结果，研究和建立多点激励源载荷的识别方法，实现激励源之间的解耦是通过实船或试验台架振动响应测试数据获取独立激励源载荷的基础和前提。在多点激励源载荷识别技术研究基础之上，本项目将重点研究试验台架激励源载荷到实船激励源载荷的转换方法，形成相应的理论基础和技术体系，最终解决"激励源载荷从何而来，怎么来"的问题。对取得的科研成果，本项目将通过模型试验进行验证和修正。

大型复杂结构振动噪声预报技术对于船舶减振降噪设计和效果评价具有重要价值。激励源是振动噪声预报的输入边界，其载荷难以有效获取是制约振动噪声预报技术工程应用的核心因素之一。调研并分析了国内外各行业及领域内的激励源载荷识别技术和转换方法研究进展，针对实船结构多激励源特性、设备之间相互耦合和力载荷获取等问题，开展了船舶激励源载荷识别和转换理论及实验研究。. 针对多激励源载荷识别技术机理，完成基于频响函数的激励源载荷识别理论过程推导，发展了激励源特性识别求解和奇异值分解技术，探讨了三种频响函数的适用性以及对识别结果精度的影响。针对实船设备，建立了基于试验频响函数和仿真频响函数的激励源特性识别方法及流程，并应用于模型试验和典型设备的激励源载荷特性分析，结果表明所提方法及流程是合理的，可应用于工程问题研究。. 根据实船结构受多台设备同时激励特点，首次设计并开展多激励源结构动力学试验研究，发展了相应的试验测量方法。完成了典型圆柱壳体结构在随机和不同相位单频激振力作用下振动试验，初步掌握了多激励源耦合规律和结构振动响应规律，获取了大量测试数据，并应用于激励源载荷识别技术、转换方法和振动噪声预报技术研究。. 发展了船舶设备多点激励源载荷转换方法，给出了设备刚性、弹性等安装状态下的激励源特性转换关系，以及自由振速测量方法，提出了台架试验数据到实船数据的工程应用方法。利用数值仿真手段解决了实船设备基座阻抗难以，甚至无法通过测试手段获取的问题。设备机脚和基座的振动速度计算结果和实船测试结果吻合良好，表明所发展的方法可应用于工程分析。. 基于激励源载荷识别技术和转换方法，完成了船用液压泵、变流机组和推进电机风机等典型设备的激励源特性分析，并初步建立了船舶机械设备激励源数据库，开发了数据库管理软件，为实船振动噪声特性仿真计算奠定了基础。. 为尽快实现激励源载荷识别技术和转换方法研究成果转化应用，并针对船舶振动噪声预报分析技术难点，初步开展了大型复杂圆柱壳中高频振动噪声仿真计算方法研究。发展了多激励源子结构动力学仿真计算方法，提出了大型复杂圆柱壳模型简化方法，为开展船舶振动噪声特性仿真计算，实现本项研究成果应用奠定了基础。