CN102680270A - 不平衡激励力及不平衡弯矩联合作用时设备对船体激励载荷的间接测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供不平衡激励力及不平衡弯矩联合作用时设备对船体激励载荷的间接测量方法，其步骤为：选择一组隔振器分别布置在被测设备的机脚上，将隔振器固定在刚性台架上，在被测设备机脚的隔振器位置处安装四个加速度传感器；启动被测设备，分别获取加速度传感器信号，得出两组平均速度值；更换隔振器，分别获取加速度传感器信号，得出两组的平均速度值，从而得到被测设备的不平衡激扰力、设备不平衡激扰力矩、设备等效质量、设备等效惯性矩，将被测设备通过安装隔振器安装在船体基座上，将隔振器视为被测设备的支撑弹簧，将船体基座简化为两个弹簧，可得到隔振器对船体结构的激励力。本发明稳定性和可控性好、辅助设备少、简便易行。

Description

不平衡激励力及不平衡弯矩联合作用时设备对船体激励载荷的间接测量方法

技术领域

本发明涉及的是一种激励载荷的测量方法。

背景技术

在船舶结构动力学领域，激励载荷的确定及模型简化一直是船舶结构动力学理论研究的难点和重点问题。特别是在船舶的减振降噪领域，一方面，由于船舶结构的复杂性，实船设备振动激励力测量通常十分困难，船舶设备振动激励载荷多是在试验台架下测得的，而实际船舶结构与试验台架的刚度存在一定差异，如何将试验台架测得的设备激励载荷转化为实船的真实激励载荷是船舶设计部门的重要课题之一；另一方面，在进行船舶结构水下振动及声辐射数值分析时，由于设备的复杂性，对全船设备及船体结构进行总体分析既不经济也不现实；如能对设备与船体耦合振动分析模型进行简化，并使船体结构的振动与原模型一致，在分析时省略全船设备，则能够大幅降低分析规模，对于船舶的减振降噪无疑具有重要意义。

但由于设备实船环境的限制，实船环境中设备向船体传递的激励力往往无法直接测量得到。而设备出厂前的台架试验结果，虽然可以测得设备对台架传递的激励力，但由于台架试验与实船环境的差异，台架试验的结果无法直接应用于实船。为此，本专利针对以不平衡激扰力和不平衡弯矩联合作用的船用设备进行研究，将设备—隔振器—安装基础视为多自由度振动系统，基于振动理论，建立设备与安装基础耦合振动的分析模型，给出了设备向实船传递的激励力计算公式。

虽然有一些与本发明相关的公开报道，但是有关设备对船体结构的激励载荷大多都是集中在实船环境选择直接测量法进行测量，并未有相关报道主要解决设备激励载荷从台架试验向船体结构转化间接测量法的问题。相关报道主要有：1、加载对设备基座导纳测量的影响研究（振动与冲击2005年第24卷第4期）；2、船舶机械设备振动激励特性测量方法研究（船舶科学技术2006年第28卷第2期）；3、设备安装对基座导纳测量的影响研究（中国造船2005年9月第46卷第3期）；4、Towards a structure-borne sound sourcecharacterization（Applied Acoustics,2000,61:325-343）；5、Vibrationpower transmission over a rectangular area of an infinite plates subjectto uniform conphase velocity excitation（Journal of Sound and Vibration,2002,257(2):265-282.）等。其中：文献1提出了对设备源特性进行测量，对弹性安装测量自由速度的条件进行试验分析，但文中并未确定设备激扰力向实船转化的方法；文献2主要是考虑试验台架或实船环境选择直接测量法、间接测量法等方法进行测量，成本高，拆装难度大；文献3主要针对的是设备的安装基础的导纳进行了分析，并未提出设备实船上设备激励力的估算方法；文献4设备自由速度不变来描述设备的激励源特性，并引入阻抗、导纳、自由速度等概念对设备与基础的振动特性进行分析；文献5建立了以自由速度理论为基础的设备激励力测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供稳定性和可控性好、成本低、辅助设备少、简便易行的不平衡激励力及不平衡弯矩联合作用时设备对船体激励载荷的间接测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明不平衡激励力及不平衡弯矩联合作用时设备对船体激励载荷的间接测量方法，其特征是：

选择一组两台相同的隔振器分别布置在被测设备的机脚上，隔振器的刚度为k₁、阻尼系数为c₁，将隔振器固定在刚性台架上，在被测设备机脚的隔振器位置处安装四个加速度传感器；将被测设备即两自由度振动系统转化为两个单自由度振动系统，即将加速度传感器延被测设备转动弯矩的方向分为左右两组；启动被测设备，分别获取两组加速度传感器的信号，得出第一组的平均速度值为v₁，第二组的平均速度值为v₂；更换两台隔振器，第二组隔振器的刚度为k₂、阻尼系数为c₂，启动被测设备，分别获取两组加速度传感器的信号，可以得出第一组的平均速度值为v₁′，第二组的平均速度值为v₂′，则两个单自由度振动系统的内源特性为：

F_L＝D₁/D₀,m_e1＝D₂/D₀，F_R＝D₁′/D₀′,m_e2＝D₂′/D₀′，

式中 $D_0=\left|\begin{array}{cc}1& -\mathrm{j\ω}{v}_1\\ 1& -j{\mathrm{\ωv}}_1^{\′}\end{array}\right|,$ $D_1=\left|\begin{array}{cc}{c}_1{v}_1+\frac{v_1{k}_1}{\mathrm{j\ω}}& -j{\mathrm{\ωv}}_1\\ c_2{v}_1^{\′}+\frac{v_1^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}& -\mathrm{j\ω}{v}_1^{\′}\end{array}\right|,$ $D_2=\left|\begin{array}{cc}1& c_1{v}_1+\frac{v_1{k}_1}{\mathrm{j\ω}}\\ 1& c_2{v}_1^{\′}+\frac{v_1^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}\end{array}\right|,$ $D_o^{\′}=\left|\begin{array}{cc}1& -\mathrm{j\ω}{v}_2\\ 1& -\mathrm{j\ω}{v}_2^{\′}\end{array}\right|,$ $D_1^{\′}=\left|\begin{array}{cc}{c}_1{v}_2+\frac{v_2{k}_1}{\mathrm{j\ω}}& -\mathrm{j\ω}{v}_2\\ c_2{v}_2^{\′}+\frac{v_2^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}& -\mathrm{j\ω}{v}_2^{\′}\end{array}\right|,$ $D_2^{\′}=\left|\begin{array}{cc}1& c_1{v}_2+\frac{v_2{k}_1}{\mathrm{j\ω}}\\ 1& c_2{v}_2^{\′}+\frac{v_2^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}\end{array}\right|,$ F_L、F_R为两个单自由度振动系统被测设备激扰力，me1、me2为被测设备等效质量，ω为被测设备的圆频率；

则被测设备不平衡激扰力F、不平衡激扰力矩M、等效质量m_e、等效惯性矩J为：

F＝S₁/S,M＝S₂/S，m_e＝S₃/S₀,J＝S₄/S₀，

式中 $S=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& -1/(a+b)\\ a/(a+b)& 1/(a+b)\end{array}\right],$ $S_1=\left[\begin{array}{cc}{F}_L& -1/(a+b)\\ F_R& 1/(a+b)\end{array}\right],$ $S_2=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& F_L\\ a/(a+b)& F_R\end{array}\right],$ $S_0=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& 1/(a^2+\mathrm{ab})\\ a/(a+b)& 1/(a^2+\mathrm{ab})\end{array}\right],$ $S_3=\left[\begin{array}{cc}{m}_{e1}& 1/(a^2+\mathrm{ab})\\ m_{e2}& 1/(a^2+\mathrm{ab})\end{array}\right],$ $S_4=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& m_{e1}\\ a/(a+b)& m_{e2}\end{array}\right]$ ，a、b分别为两个隔振器安装位置与设备激扰力作用点位置的水平距离。

本发明还可以包括：

1、将被测设备通过安装隔振器安装在船体基座上，将隔振器视为被测设备的支撑弹簧，其刚度和阻尼分别为k、c，将船体基座简化为具有支撑刚度k₃与k₄和阻尼c₃与c₄的弹簧，及具有等效质量为m₁与m₂的刚性质量，被测设备由不平衡激扰力矩所引起的转角为θ，则隔振器对船体结构的激励力F_TL，F_TR为：

$F_{\mathrm{TL}}=k(x-\mathrm{a\θ}-x_1)+c(\stackrel{\·}{x}-a\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}-{\stackrel{\·}{x}}_1)=(k+\mathrm{jc\ω})\frac{N_1-a{N}_2-N_3}{N_0}{e}^{\mathrm{j\ωt}},$

$F_{\mathrm{TR}}=k(x+\mathrm{b\θ}-x_2)+c(\stackrel{\·}{x}+b\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}-{\stackrel{\·}{x}}_2)=(k+\mathrm{jc\ω})\frac{N_1+b{N}_2-N_4}{N_0}{e}^{\mathrm{j\ωt}},$

式中

$N_0=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-{\mathrm{j\ω}}^2)& a(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& a(k+\mathrm{jc\ω})& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|$

$N_1=\left|\begin{array}{cccc}{F}_0& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ M_0& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-j{\mathrm{\ω}}^2)& a(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ 0& a(k+\mathrm{jc\ω})& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ 0& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|,$

$N_2=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& F_0& -(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& M_0& a(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& 0& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|,$

$N_3=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& F_0& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-j{\mathrm{\ω}}^2)& M_0& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& a(k+\mathrm{jc\ω})& 0& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|,$

$N_4=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})& F_0\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-{\mathrm{j\ω}}^2)& a(k+\mathrm{jc\ω})& M_0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& a(k+\mathrm{jc\ω})& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& 0\end{array}\right|,$

F＝F₀e^jωt，M＝M₀e^jωt，X₁＝k₃-m₁ω²，R₁＝c₃ω，X₂＝k₄-m₂ω²，R₂＝c₄ω，x为被测设备振动时的位移，x₁、x₂为船体结构振动时的位移，t为振动时间。

本发明的优势在于：本发明稳定性和可控性好、成本低、辅助设备少、简便易行。

附图说明

图1a为本发明的振动系统测点布置图，图1b为本发明的振动系统测点布置图仰视图；

图2a为本发明的不平衡激扰力及激扰力矩联合作用时设备与安装基础耦合简化模型，图2b为本发明的不平衡激扰力及激扰力矩联合作用时设备与安装基础耦合等效模型；

图3为本发明的流程图；

图4a不平衡激扰力及激扰力矩联合作用时设备与船体结构的耦合动力简化模型；图4b不平衡激扰力及激扰力矩联合作用时设备与船体结构的耦合动力等效模型。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，本发明包括如下步骤：

1、试验模型的组装

将设备安装在质量和刚性极大的刚性台架上，保证刚性台架表面的无振速。选择一组相同型号的隔振器，布置在设备的机脚上，使设备平稳运行，并且用螺栓将隔振器固定在刚性台架之上。因为本专利主要针对的是旋转设备（即带激扰力矩的设备）从台架试验向实船转化，例如推进电机，柴发机组、各种海水泵等，为了实现这些设备的从台架试验向实船转化，必须将设备平稳地固定在隔振器之上，使设备能够平稳运行后测量设备机脚处的速度响应，整个系统的具体布置如图1所示。

2、测点的布置

由于设备正常运行时，设备受不平衡激扰力及不平衡激扰力矩共同作用，整个系统等效为两自由度振动系统，为了得到设备的内源特性，必须将此两自由度振动系统转化为两个单自由度振动系统（如图2所示），因此将测点沿转动弯矩的方向分为左右两组，加速度传感器则布置在设备机脚的隔振器位置处（如图1所示），根据图1所示的测点布置，将测点1、2分为一组，测点3、4分为一组。

3、测量系统的组装

用信号线依次将信号放大器、信号采集仪和计算机连接完好，然后将布置好的应变花接入信号放大器，形成完整的测量系统，如图3所示。加速度传感器将感应到的设备机脚处振动响应信号通过信号放大器放大后输入到信号采集仪，信号采集仪将采集到的信号输送到计算机，由计算机中的信号处理软件可以得到设备机脚处的振动速度，从而实现设备内源特性的测量。

测量系统连接好后，设置信号放大器的放大倍数和信号采集仪的采样频率，放大倍数根据响应的大小而确定，一般取的稍大些。

4、速度响应的测量

由于设备在不平衡激扰力及不平衡激扰力矩共同作用时，系统为两自由度振动系统，由2中所述将此系统简化为2个单自由度振动系统（如图2所示）。所以，在得到速度响应时，则需沿转动弯矩方向，如图1所示将加速度传感器1、2分为一组、3、4分为一组，根据左右两组传感器所测的加速度值经过计算得到1和2测点的平均速度值为v₁、3和4测点的平均速度值为v₂。然后更换隔振器型号，得到第二组的1和2测点的平均速度值v₁′、3和4测点的平均速度值v₂′。

5、设备内源特性的获取

由于设备内源参数保持不变，如能改变隔振器刚度及阻尼参数，至少通过2次测量设备的振动速度，即可得到设备激扰力F_L、F_R及设备等效质量m_e1、m_e2。为便于说明问题，不妨对同一设备进行2次不同型号隔振器时的振动台架试验，并设第一次隔振器参数为k₁、c₁，设备的振动速度为v₁、v₂；更换隔振器型号后，隔振器参数为k₂、c₂，设备的振动速度为v₁′、v₂′。则两个单自由度振动系统的内源特性可表示为：

F_L＝D₁/D₀,m_e1＝D₂/D₀                     (11)

F_R＝D₁′/D₀′,m_e2＝D₂′/D₀′             (12)

式中： $D_0=\left|\begin{array}{cc}1& -\mathrm{j\ω}{v}_1\\ 1& -j{\mathrm{\ωv}}_1^{\′}\end{array}\right|;$ $D_1=\left|\begin{array}{cc}{c}_1{v}_1+\frac{v_1{k}_1}{\mathrm{j\ω}}& -j{\mathrm{\ωv}}_1\\ c_2{v}_1^{\′}+\frac{v_1^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}& -\mathrm{j\ω}{v}_1^{\′}\end{array}\right|;$ $D_2=\left|\begin{array}{cc}1& c_1{v}_1+\frac{v_1{k}_1}{\mathrm{j\ω}}\\ 1& c_2{v}_1^{\′}+\frac{v_1^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}\end{array}\right|.$ $D_o^{\′}=\left|\begin{array}{cc}1& -\mathrm{j\ω}{v}_2\\ 1& -\mathrm{j\ω}{v}_2^{\′}\end{array}\right|;$ $D_1^{\′}=\left|\begin{array}{cc}{c}_1{v}_2+\frac{v_2{k}_1}{\mathrm{j\ω}}& -\mathrm{j\ω}{v}_2\\ c_2{v}_2^{\′}+\frac{v_2^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}& -\mathrm{j\ω}{v}_2^{\′}\end{array}\right|;$ $D_2^{\′}=\left|\begin{array}{cc}1& c_1{v}_2+\frac{v_2{k}_1}{\mathrm{j\ω}}\\ 1& c_2{v}_2^{\′}+\frac{v_2^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}\end{array}\right|$ 经过计算得到得F_L、F_R、m_e1、m_e2等参数，进而根据理论力学中的超静定问题（如图2a所示），设备激扰力作用点位置与左端隔振器安装位置的水平距离为a,设备激扰力作用点位置与右端隔振器安装位置的水平距离为b，由力的平衡关系得到此旋转设备的设备不平衡激扰力F、设备不平衡激扰力矩M、设备等效质量m_e、设备等效惯性矩J为：

F＝S₁/S,M＝S₂/S                         （13）

m_e＝S₃/S₀,J＝S₄/S₀                      （14）

式中：

$S=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& -1/(a+b)\\ a/(a+b)& 1/(a+b)\end{array}\right],$ $S_1=\left[\begin{array}{cc}{F}_L& -1/(a+b)\\ F_R& 1/(a+b)\end{array}\right],$ $S_2=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& F_L\\ a/(a+b)& F_R\end{array}\right]$ $S_0=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& 1/(a^2+\mathrm{ab})\\ a/(a+b)& 1/(a^2+\mathrm{ab})\end{array}\right],$ $S_3=\left[\begin{array}{cc}{m}_{e1}& 1/(a^2+\mathrm{ab})\\ m_{e2}& 1/(a^2+\mathrm{ab})\end{array}\right],$ $S_4=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& m_{e1}\\ a/(a+b)& m_{e2}\end{array}\right]$

6、船用设备对实船激励载荷的间接测量

然后根据5中所得到设备质量为m_e，设备相对质心的惯性矩J，设备不平衡激扰力F＝F₀e^jωt，设备不平衡激扰力矩M＝M₀e^jωt,其中ω为设备的圆频率。隔振器可视为设备的支撑弹簧k及阻尼c。船体基座主要为设备提供弹性支撑，另一方面，由于船体结构具有一定质量，设备振动时船体基座也参与振动，共同分配振动能量；故可将船体基座简化为具有支撑刚度k₃与k₄、阻尼c₃与c₄的弹簧，及具有等效质量质量为m₁与m₂的刚性质量（如图4所示），令X₁＝k₃-m₁ω²；R₁＝c₃ω；X₂＝k₄-m₂ω²；R₂＝c₄ω，设备激扰力作用点位置与左端隔振器安装位置的水平距离为a,设备激扰力作用点位置与右端隔振器安装位置的水平距离为b,假设设备由不平衡激扰力矩所引起的转角为θ,则隔振器对船体结构的激励力F_TL，F_TR经过公式推导，可表示为：

$F_{\mathrm{TL}}=k(x-\mathrm{a\θ}-x_1)+c(\stackrel{\·}{x}-a\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}-{\stackrel{\·}{x}}_1)=(k+\mathrm{jc\ω})\frac{N_1-a{N}_2-N_3}{N_0}{e}^{\mathrm{j\ωt}}---\left(15\right)$

$F_{\mathrm{TR}}=k(x+\mathrm{b\θ}-x_2)+c(\stackrel{\·}{x}+b\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}-{\stackrel{\·}{x}}_2)=(k+\mathrm{jc\ω})\frac{N_1+b{N}_2-N_4}{N_0}{e}^{\mathrm{j\ωt}}---\left(16\right)$

式中：

$N_0=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-{\mathrm{j\ω}}^2)& a(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& a(k+\mathrm{jc\ω})& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|$

$N_1=\left|\begin{array}{cccc}{F}_0& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ M_0& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-j{\mathrm{\ω}}^2)& a(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ 0& a(k+\mathrm{jc\ω})& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ 0& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|$

$N_2=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& F_0& -(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& M_0& a(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& 0& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|$

$N_3=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& F_0& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-j{\mathrm{\ω}}^2)& M_0& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& a(k+\mathrm{jc\ω})& 0& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|$

$N_4=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})& F_0\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-{\mathrm{j\ω}}^2)& a(k+\mathrm{jc\ω})& M_0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& a(k+\mathrm{jc\ω})& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& 0\end{array}\right|$

因此，通过内源特性识别试验，在得到设备的内源特性参数以后，估算出船体基座的阻抗参数，就可以间接测量出设备对船体结构的激励载荷。

Claims (2)

1.不平衡激励力及不平衡弯矩联合作用时设备对船体激励载荷的间接测量方法，其特征是：

选择一组两台相同的隔振器分别布置在被测设备的机脚上，隔振器的刚度为k₁、阻尼系数为c₁，将隔振器固定在刚性台架上，在被测设备机脚的隔振器位置处安装四个加速度传感器；将被测设备即两自由度振动系统转化为两个单自由度振动系统，即将加速度传感器延被测设备转动弯矩的方向分为左右两组；启动被测设备，分别获取两组加速度传感器的信号，得出第一组的平均速度值为v₁，第二组的平均速度值为v₂；更换两台隔振器，第二组隔振器的刚度为k₂、阻尼系数为c₂，启动被测设备，分别获取两组加速度传感器的信号，可以得出第一组的平均速度值为v₁′第二组的平均速度值为v₂′，则两个单自由度振动系统的内源特性为：

F_L＝D₁/D₀,m_e1＝D₂/D₀，F_R＝D₁′/D₀′,m_e2＝D₂′/D₀′，

式中 $D_0=\left|\begin{array}{cc}1& -\mathrm{j\ω}{v}_1\\ 1& -j{\mathrm{\ωv}}_1^{\′}\end{array}\right|,$ $D_1=\left|\begin{array}{cc}{c}_1{v}_1+\frac{v_1{k}_1}{\mathrm{j\ω}}& -j{\mathrm{\ωv}}_1\\ c_2{v}_1^{\′}+\frac{v_1^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}& -\mathrm{j\ω}{v}_1^{\′}\end{array}\right|,$ $D_2=\left|\begin{array}{cc}1& c_1{v}_1+\frac{v_1{k}_1}{\mathrm{j\ω}}\\ 1& c_2{v}_1^{\′}+\frac{v_1^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}\end{array}\right|,$ $D_o^{\′}=\left|\begin{array}{cc}1& -\mathrm{j\ω}{v}_2\\ 1& -\mathrm{j\ω}{v}_2^{\′}\end{array}\right|,$ $D_1^{\′}=\left|\begin{array}{cc}{c}_1{v}_2+\frac{v_2{k}_1}{\mathrm{j\ω}}& -\mathrm{j\ω}{v}_2\\ c_2{v}_2^{\′}+\frac{v_2^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}& -\mathrm{j\ω}{v}_2^{\′}\end{array}\right|,$ $D_2^{\′}=\left|\begin{array}{cc}1& c_1{v}_2+\frac{v_2{k}_1}{\mathrm{j\ω}}\\ 1& c_2{v}_2^{\′}+\frac{v_2^{\′}{k}_2}{\mathrm{j\ω}}\end{array}\right|,$ F_L、F_R为两个单自由度振动系统被测设备激扰力，me1、me2为被测设备等效质量，ω为被测设备的圆频率；

则被测设备不平衡激扰力F、不平衡激扰力矩M、等效质量m_e、等效惯性矩J为：

F＝S₁/S,M＝S₂/S，m_e＝S₃/S₀,J＝S₄/S₀，

式中 $S=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& -1/(a+b)\\ a/(a+b)& 1/(a+b)\end{array}\right],$ $S_1=\left[\begin{array}{cc}{F}_L& -1/(a+b)\\ F_R& 1/(a+b)\end{array}\right],$ $S_2=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& F_L\\ a/(a+b)& F_R\end{array}\right],$ $S_0=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& 1/(a^2+\mathrm{ab})\\ a/(a+b)& 1/(a^2+\mathrm{ab})\end{array}\right],$ $S_3=\left[\begin{array}{cc}{m}_{e1}& 1/(a^2+\mathrm{ab})\\ m_{e2}& 1/(a^2+\mathrm{ab})\end{array}\right],$ $S_4=\left[\begin{array}{cc}b/(a+b)& m_{e1}\\ a/(a+b)& m_{e2}\end{array}\right],$ a、b分别为两个隔振器安装位置与设备激扰力作用点位置的水平距离。

2.根据权利要求1所述的不平衡激励力及不平衡弯矩联合作用时设备对船体激励载荷的间接测量方法，其特征是：

将被测设备通过安装隔振器安装在船体基座上，将隔振器视为被测设备的支撑弹簧，其刚度和阻尼分别为k、c，将船体基座简化为具有支撑刚度k₃与k₄和阻尼c₃与c₄的弹簧，及具有等效质量为m₁与m₂的刚性质量，被测设备由不平衡激扰力矩所引起的转角为θ，则隔振器对船体结构的激励力F_TL，F_TR为：

$F_{\mathrm{TL}}=k(x-\mathrm{a\θ}-x_1)+c(\stackrel{\·}{x}-a\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}-{\stackrel{\·}{x}}_1)=(k+\mathrm{jc\ω})\frac{N_1-a{N}_2-N_3}{N_0}{e}^{\mathrm{j\ωt}},$

$F_{\mathrm{TR}}=k(x+\mathrm{b\θ}-x_2)+c(\stackrel{\·}{x}+b\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}-{\stackrel{\·}{x}}_2)=(k+\mathrm{jc\ω})\frac{N_1+b{N}_2-N_4}{N_0}{e}^{\mathrm{j\ωt}},$

式中

$N_0=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-{\mathrm{j\ω}}^2)& a(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& a(k+\mathrm{jc\ω})& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|$

$N_1=\left|\begin{array}{cccc}{F}_0& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ M_0& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-j{\mathrm{\ω}}^2)& a(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ 0& a(k+\mathrm{jc\ω})& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ 0& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|,$

$N_2=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& F_0& -(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& M_0& a(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& 0& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|,$

$N_3=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& F_0& -(k+\mathrm{jc\ω})\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-j{\mathrm{\ω}}^2)& M_0& -b(k+\mathrm{jc\ω})\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& a(k+\mathrm{jc\ω})& 0& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& k+\mathrm{jc\ω}+X_2+j{R}_2\end{array}\right|,$

$N_4=\left|\begin{array}{cccc}2k-m_e{\mathrm{\ω}}^2+j2\mathrm{c\ω}& (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& -(k+\mathrm{jc\ω})& F_0\\ (b-a)(k+\mathrm{jc\ω})& (a^2+b^2)(k+\mathrm{jc\ω}-{\mathrm{j\ω}}^2)& a(k+\mathrm{jc\ω})& M_0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& a(k+\mathrm{jc\ω})& k+\mathrm{jc\ω}+X_1+j{R}_1& 0\\ -(k+\mathrm{jc\ω})& -b(k+\mathrm{jc\ω})& 0& 0\end{array}\right|,$

F＝F₀e^jωt，M＝M₀e^jωt，X₁＝k₃-m₁ω²，R₁＝c₃ω，X₂＝k₄-m²ω²，R₂＝c₄ω，x为被测设备振动时的位移，x₁、x₂为船体结构振动时的位移，t为振动时间。

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