CN108304617A - 浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报方法，可通过单次分析迅速得到浮筏结构宽频线谱振动响应。建立浮筏结构时域分析有限元模型，将浮筏上设备时历振动信号a作为输入载荷，通过合理控制时间增量步长Δt及模型计算时间T总，开展浮筏结构宽频振动响应时域仿真计算，得到浮筏典型结构时域响应x(t)，对该响应曲线稳态振动段进行傅里叶变换变换，得到浮筏结构频域响应，即宽频线谱振动响应，通过将该线谱振动响应与设计标准对比即可实现浮筏结构宽频线谱振动响应的快速预报、评估。本发明可有效避免传统频域评估出现的“峰值遗漏”现象，可广泛应用于各种复杂激励载荷下浮筏结构宽频线谱振动的快速预报、评估。
Description
技术领域
本发明涉及一种浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报方法，是一种基于波动理论提出的浮筏结构宽频线谱振动噪声时域快速预报方法。
背景技术
现有浮筏结构宽频振动预报流程多是基于模态叠加理论在频域内进行分析的，该类流程具有分析直观等优点。但目前该流程应用于浮筏结构噪声预报仍存在如下不足：
(1)现有浮筏结构噪声数值预报主要基于线性迭加原理得到，计算中忽略了诸多非线性因素的影响，如浮筏结构振动及声辐射中的材料非线性、结构非线性、运动非线性等因素的影响；而该非线性影响可能对浮筏结构噪声预报产生影响。
(2)由于现有浮筏结构噪声数值预报将设备激励载荷变换为频谱载荷时忽略了设备激励载荷的相位信息，忽略了设备不同频率激励载荷的相互影响，故该方法无法考虑结构低频振动与高频振动的耦合效应；
(3)现有浮筏结构噪声数值预报由于其主要基于模态叠加原理在频域内求解，故其计算规模通常较大，计算频带窄；且单次计算仅能得到模型单频点的声场分布，完成频段内结构声学的预报通常需进行多次分析，故其求解效率较为低下；并可能因计算步长选取不当而导致共振峰遗漏，出现所谓的“漏峰”现象，进而导致计算结果出现较大误差。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种考虑浮筏结构噪声非线性、结构低频振动与高频波动耦合效应影响、求解效率及预报精度高的浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报方法，为浮筏结构噪声预报提供有效分析手段和依据。
本发明的目的是这样实现的：步骤如下：
步骤1：建立浮筏结构噪声预报模型；
步骤2：确定浮筏设备的时域激励载荷；
步骤3：确定浮筏结构噪声时域预报的时间步长Δt；
步骤4：确定浮筏结构噪声时域预报的数据时间间隔Δt'；
步骤5：确定浮筏结构噪声时域预报的计算时间Tt；
步骤6：将浮筏结构噪声时域预报结果进行FFT变换，得到浮筏结构频域预报结果，即宽频线谱振动响应。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.步骤2具体包括：
当已得到浮筏设备的时域激励载荷，则时域分析时无需对载荷进行变换；
当已得到浮筏设备的频域激励载荷，时域分析时需对该频域载荷进行FFT逆变换，将频域载荷转换为时域载荷。
2.步骤3中的时间步长Δt小于稳定时间步长，在时域预报流程数值模拟中时间步长Δt为：
式中：Δx为有限元的最小尺寸，cmax为有限元介质的最大波速，α为估计经验系数，其数值大小为0～1。
3.步骤4中的Δt'与系统响应分析频率上限fc满足：
4.步骤5的时域预报的计算时间Tt满足：
式中：Δf为域响应数据的频率分辨率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对现有浮筏结构噪声预报存在计算规模大、预报频带宽、无法计及浮筏结构非线性、结构低频振动与高频波动耦合效应等问题，基于波动理论，提出浮筏结构噪声时域预报的宽频线谱振动噪声快速预报流程，解决现有浮筏结构噪声预报无法考虑浮筏结构噪声非线性、结构低频振动与高频波动耦合效应等因素的影响，预报效率及精度低下等弊端，避免浮筏结构噪声预报中的“漏峰”现象，旨在为浮筏结构噪声预报提供分析手段和依据。
附图说明
图1是浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报流程流程图；
图2是浮筏结构模型图；
图3是时域激励载荷曲线图；
图4是加载点及考核点示意图，a是加载点，b是考核点；
图5a和图5b是浮筏模型典型考核部位振动加速度传递函数频谱图，图5a是考核点振动加速度时历响应频谱，图5b是考核点振动加速度频率响应频谱。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图5b，本发明步骤如下：
步骤1、根据图纸资料，运用有限元法建立浮筏结构噪声预报模型。
步骤2、浮筏结构噪声时域预报的效率及计算精度严重依赖预报频率及时域载荷的采样频率，因此，其时域载荷的确定是时域预报的输入条件，其确定方法如下：
当已得到浮筏设备的时域激励载荷，则时域分析时无需对载荷进行变换；
当已得到浮筏设备的频域激励载荷，时域分析时需对该频域载荷进行FFT逆变换，将频域载荷转换为时域载荷。
步骤3、确定浮筏结构噪声时域预报的时间步长Δt，合理的时间步长Δt应略小于稳定时间步长，在时域预报流程数值模拟中时间步长Δt常按以下不等式确定：
式中Δx为有限元的最小尺寸，cmax为有限元介质的最大波速。α为估计经验系数，其数值大小为0～1，通过试错法选取合适的经验系数即可求得所需的时间步长Δt。
步骤4、确定浮筏结构噪声时域预报的数据时间间隔Δt'，时域数据采样时间间隔Δt'与系统响应分析频率上限fc应满足以下关系。
当满足以上条件时，将得到的时域预报数据通过FFT变换得到频域振动响应数据，能够符合振动响应时域预报的分析要求。
步骤5、确定浮筏结构噪声时域预报的计算时间Tt。时域响应数据选取系统进入稳态振动阶段，对于复杂的大型浮筏宽频线谱振动噪声响应分析，一般不考虑较低频(f≤20Hz)激励成分对系统振动响应的影响，相应频率的激励载荷周期T＝1/f一般较小。响应数值结果经FFT变换为频域响应数据，为了使频域响应数据的频率分辨率Δf满足结构振动响应预报精度的要求，可根据下式选择合适的时域预报计算时间Tt：
因此，为满足结构振动响应分析精度，需控制时域预报的计算时间Tt，达到振动响应预报精度的要求。
步骤6、将浮筏结构噪声时域预报结果进行FFT变换，得到浮筏结构频域预报结果，即宽频线谱振动响应。
下面给出本发明的具体实施例：
如图1所示：本发明提供了一种浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报流程，其步骤如下：
步骤1、根据图纸资料，运用有限元法建立浮筏结构噪声预报模型，对预报模型进行合理简化，其结构模型如图2所示。
步骤2、确定浮筏结构噪声预报模型输入载荷，当已得到基座处设备的时域激励载荷，则时域分析时无需对载荷进行变换，当已得到基座处设备的频域激励载荷，时域分析时需对该频域载荷进行FFT逆变换，将频域载荷转换为时域载荷。本例中采用宽频带白噪声(主要成分为5-200Hz)激励，其时域激励载荷曲线如图3所示，激励加载位置及考核点如图4所示。
步骤3、确定浮筏结构噪声时域预报的时间步长Δt，Δt按以下不等式确定：
式中Δx为有限元的最小尺寸，cmax为有限元介质的最大波速。α为估计经验系数，其数值大小为0～1，通过试错法选取合适的经验系数即可求得所需的时间步长Δt。本例中时间步长为2s。
步骤4、确定浮筏结构噪声时域预报的数据时间间隔Δt'，时域数据采样时间间隔Δt'与系统响应分析频率上限fc应满足以下关系。
本例中浮筏有效分析频率上限fc＝300Hz，Δt'取0.001。
步骤5、确定浮筏结构噪声时域预报的计算时间Tt。为了使频域响应数据的频率分辨率Δf满足结构振动响应预报精度的要求，根据下式选择合适的时域预报计算时间Tt：
本例中Tt＝2s。
步骤6、提取浮筏考核点时域预报结果，并进行FFT变换，得到浮筏结构噪声频域结果，即宽频线谱振动响应，浮筏模型典型考核部位传递函数频谱如图5a和图5b所示。
综上，本发明提供了一种浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报流程，可通过单次分析迅速得到浮筏结构宽频线谱振动响应。基于图纸资料及时域波动分析理论，建立浮筏结构时域分析有限元模型，将浮筏上设备时历振动信号a作为输入载荷，通过合理控制时间增量步长Δt及模型计算时间T总，开展浮筏结构宽频振动响应时域仿真计算，得到浮筏典型结构时域响应x(t)，对该响应曲线稳态振动段进行傅里叶变换(FFT)变换，得到浮筏结构频域响应，即宽频线谱振动响应，通过将该线谱振动响应与设计标准对比即可实现浮筏结构宽频线谱振动响应的快速预报、评估。该方法具有线谱捕捉能力强、计算效率高、可考虑多源耦合效应、结构非线性、结构频散效应影响等优点，并可有效避免传统频域评估出现的“峰值遗漏”现象，可广泛应用于各种复杂激励载荷下浮筏结构宽频线谱振动的快速预报、评估。
Claims (5)
1.浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报方法，其特征在于：步骤如下：
步骤1：建立浮筏结构噪声预报模型；
步骤2：确定浮筏设备的时域激励载荷；
步骤3：确定浮筏结构噪声时域预报的时间步长Δt；
步骤4：确定浮筏结构噪声时域预报的数据时间间隔Δt'；
步骤5：确定浮筏结构噪声时域预报的计算时间Tt；
步骤6：将浮筏结构噪声时域预报结果进行FFT变换，得到浮筏结构频域预报结果，即宽频线谱振动响应。
2.根据权利要求1所述的浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报方法，其特征在于：步骤2具体包括：
当已得到浮筏设备的时域激励载荷，则时域分析时无需对载荷进行变换；
当已得到浮筏设备的频域激励载荷，时域分析时需对该频域载荷进行FFT逆变换，将频域载荷转换为时域载荷。
3.根据权利要求2所述的浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报方法，其特征在于：步骤3中的时间步长Δt小于稳定时间步长，在时域预报流程数值模拟中时间步长Δt为：
式中：Δx为有限元的最小尺寸，cmax为有限元介质的最大波速，α为估计经验系数，其数值大小为0～1。
4.根据权利要求3所述的浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报方法，其特征在于：步骤4中的Δt'与系统响应分析频率上限fc满足：
5.根据权利要求4所述的浮筏结构宽频线谱振动噪声快速预报方法，其特征在于：步骤5的时域预报的计算时间Tt满足：
式中：Δf为域响应数据的频率分辨率。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN108981857A (zh) * | 2018-08-09 | 2018-12-11 | 杭州电子科技大学 | 基于迭代加权融合的声共振液位测量方法 |
| CN117419800A (zh) * | 2023-10-19 | 2024-01-19 | 安徽润安思变能源技术有限公司 | 一种气悬浮离心制冷压缩机的噪音振动测试系统 |
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2018
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| CN108981857A (zh) * | 2018-08-09 | 2018-12-11 | 杭州电子科技大学 | 基于迭代加权融合的声共振液位测量方法 |
| CN117419800A (zh) * | 2023-10-19 | 2024-01-19 | 安徽润安思变能源技术有限公司 | 一种气悬浮离心制冷压缩机的噪音振动测试系统 |
| CN117419800B (zh) * | 2023-10-19 | 2024-04-09 | 安徽润安思变能源技术有限公司 | 一种气悬浮离心制冷压缩机的噪音振动测试系统 |
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