基于正则化技术与子空间方法的桨轴艇纵向载荷识别研究

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在桨轴艇系统的研究中,艇体结构的振动噪声对桨轴艇安全性、适用性与隐身性造成了很大影响,研究流体激励下螺旋桨受力分布与大小将为艇体减振降噪提供重要的理论依据。现阶段关于桨轴艇系统在时域上的激励力识别研究文献仍较少,而在航空领域有较为完备的理论体系。本文从实际艇体的角度出发,通过研究正则化载荷识别方法与子空间系统识别理论,对简化载荷下的艇体结构进行了时域载荷识别研究。本文对桨轴艇系统的载荷识别可分为两部分:一是对桨轴艇系统的传递函数矩阵的识别,二是对桨叶上的动载荷进行识别。首先,在实际工程结构中,结构在时域下测得的传递函数矩阵条件数通常情况下会较大,当结构的响应数据混有噪声时,无法通过最小二乘法得到符合工程实际的解。这在在数学上属于不适定问题,而正则化理论可以对不适定条件下的结构载荷识别问题进行求解,其中包括Tikhonov方法、TSVD方法、L曲线与GCV方法。文中通过两个算例与多种工况验证了不同采样频率间隔、不同正则化载荷识别理论、不同采样点数和不同结构激励形式下的正则化误差,得出采用较小的采样频率,选取TSVD+GCV正则化方法,测点数较多且噪声系数较低时,会得到较好的载荷识别结果。其次,由于实际结构的复杂性与结构噪声的影响,在系统结构矩阵的求解中引入子空间识别的理论,该理论将噪声子空间与系统子空间进行了划分并进行筛选,求得所需的子空间系统。通过两个算例六种工况下的子空间识别,对原结构在不同子空间阶数、不同噪声系数、不同载荷与测点位置、不同子空间输入下的子空间识别精度进行了研究,验证该方法对噪声信号具有较好的筛选特性。最后,结合两种方法,对Suboff潜艇与KP-505桨轴系统进行了系统识别和激励力辨识。首先对桨轴艇上的传递函数矩阵进行了子空间识别,然后在桨叶上进行纵向加载计算出响应,最后进行了正则化载荷识别。结果表明,在螺旋桨自身固有频率与激励频率相差较大时,使用子空间方法与TSVD+GCV正则化理论可以使桨轴艇系统的力学识别达到较高的精度需求,但仍需注意一些求解时的参数选取事项,如激励点与测点位置、采样时间间隔的选取、子空间阶数的选取等。
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