壳体结构谐振特征研究与特征提取

论文摘要

水下航行体在航行时,会产生各种各样的辐射噪声,主要分为三类：结构噪声、螺旋桨噪声和流噪声,这三类噪声严重影响了航行体的隐蔽性,而其中结构噪声的影响最为明显。为了提高水下航行体的隐蔽性,有必要对噪声特征线谱来源进行研究。论文主要针对壳体结构受激振动时产生的谐振特征线谱进行研究分析。提取水下航行体振动时产生的谐振信号,然后将振动信号转化为时间切片,分析不同频谱分辨率下的相位差随时间的变化情况,获取壳体结构振动与声辐射的线谱时移特征,为分析壳体受激振动产生的谐振特征,分辨水下航行体受激振动产生的谐振特征线谱来源,提供信息处理手段支撑。论文工作主要由以下几个方面展开：首先,论文对球壳进行理论计算和有限元仿真分析,验证通过有限元分析软件ANSYS求取壳体结构谐振频率的数值分析方法的正确性,然后对两边带半球帽的加肋圆柱壳进行模态分析和谐响应分析,求出其在水中受激振动的谐振频率。其次,论文研究了复调制细化频谱分析方法(Zoom FFT)和全相位FFT (apFFT)谱分析技术。对于窄带信号而言,Zoom FFT是一种有效的频谱细化手段。全相位FFT谱分析算法是一种优良的抑制频谱泄露的方法,在不进行频率校正的基础上,就可实现精确的相位估计,具有“相位不变性”。此外,apFFT还可以在噪声背景条件下,对多频信号的频率、相位以及幅度进行高精度估计。通过对两种算法的仿真研究,验证了两种算法的正确性和可行性。最后,设计试验,对两边带半球帽的加肋圆柱壳在水中进行单频激励和宽带激励,并采用复调制细化频谱分析方法(Zoom FFT)对谐振频率处的信号进行细化谱分析,同时提取谐振信号线谱细化后的相位信息,接着采用全相位FFT谱分析技术对细化前的谐振信号线谱进行分析,并提取其相位信息。然后,分析不同频谱分辨率下的相位差随时间的变化情况,提取壳体振动产生谐振时的时移特征,从而实现一种新的壳体结构谐振特征线谱的识别方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 水下壳体结构振动研究方法及研究现状
• 1.3 复调制细化频谱分析算法研究现状
• 1.4 全相位FFT谱分析算法研究现状
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 壳体谐振特征研究
• 2.1 结构动力学分析
• 2.1.1 ANSYS简介
• 2.1.2 模态分析与谐响应分析
• 2.2 球壳谐振特征研究
• 2.2.1 球壳模态频率理论分析
• 2.2.2 球壳在空气中的模态分析
• 2.2.3 球壳在空气中的谐响应分析
• 2.2.4 球壳在水中的谐响应分析
• 2.3 圆柱壳谐振特征研究
• 2.3.1 圆柱壳在空气中的模态分析
• 2.3.2 圆柱壳在空气中的谐响应分析
• 2.3.3 圆柱壳在水中的谐响应分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 复调制细化频谱分析及全相位FFT技术
• 3.1 概述
• 3.2 Zoom FFT细化谱算法
• 3.2.1 Zoom FFT原理
• 3.2.2 Zoom FFT算法仿真
• 3.3 全相位FFT频谱分析技术
• 3.3.1 全相位数据预处理
• 3.3.2 全相位FFT原理分析
• 3.3.3 全相位FFT算法仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 线谱时移特征分析
• 4.1 引言
• 4.2 圆柱壳模型的设计与装配
• 4.3 圆柱壳模型振动试验
• 4.3.1 水下试验测量系统
• 4.3.2 试验设备及场景
• 4.4 线谱时移特征提取
• 4.4.1 时移特征提取流程
• 4.4.2 壳体振动数据采集及初步处理
• 4.4.3 谐振线谱时移特征分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢