原创《船舶噪声源传递率矩阵识别方法试验》：此文是一篇矩阵论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
摘 要： 针对现有方法在船舶振动噪声源识别中存在的不足,引入传递率矩阵方法（Transmissibility Matrix Method, TMM）,全面分析了其在实际应用中存在的问题,并提出解决方案.着重探讨解决振源之间交叉耦合的方法,提出一种新的基于TMM的振声传递路径分析模型,新模型以隔振器两端的位移响应之差作为输入振源,有效地避免了振源之间的耦合.通过船舶水中振动声辐射仿真分析和实船海上振动声辐射试验验证了新模型在船舶噪声源识别和贡献量分析中可行性和正确性.新模型在船舶振动噪声源识别中保持效率的同时提高了分析的准确性,现代船舶中隔振器的广泛应用,为该方法的应用提供了先决条件,因此具有广阔的工程应用前景.关键词： 噪声源识别； 船舶； 贡献量； 传递率矩阵方法； 耦合
中图分类号：U66144； TB532文献标识码： A文章编号： 10044523（2013）02029107
引言
船舶的噪声源识别或噪声传播途径识别问题是噪声控制中首要的也是最重要的工作[1].通过振动噪声源识别研究,可以有效估计船舶各个噪声源对水噪声（包括辐射噪声和自噪声）的贡献量,及对噪声源进行相应的空间定位.从而指导船舶减振降噪措施的正确实施和辅助噪声系统的声学设计和噪声预报.另外,当机器或设备出现故障时,其声信号特性一般会改变,因而通过噪声源识别研究,也有助于对机器设备进行状态检测和故障诊断,可以及时地掌握机械的运行状态,准确查找故障,提高船舶的声学性能.
由于船舶结构及其工作环境的复杂性、特殊性,使其具有噪声源耦合强烈、试验实施难度大和测试信号易受环境干扰等特点,使得当前各种方法在实船噪声源识别上的应用往往难以令人满意[2].目前解决此类噪声源识别问题较为有效的方法是近年来在汽车噪声源研究领域发展起来的传递路径分析（Transfer Path Analysis, TPA）方法[3,4],但其过程繁琐、试验复杂,且难以准确反映设备在运行状况下的真实振动噪声特性.为了避免上述缺点,一种基于传递率矩阵方法的噪声传递路径分析方法被提出[5].随着分析中主要应用运行工况时的响应数据,TMM也被称为工况TPA（Operational Transfer Path Analysis, OPA）方法[6,7].即使TMM具有众多优点,但在实际工程应用中仍存在3种缺陷[7]：由于结构的模态影响,输入振源间存在交叉耦合缺陷；实际工况的限制可能导致传递特性估计不准确；遗漏部分传递路径,TMM的拟合总值对比不能识别.从TMM实际应用中的缺陷看,有必要对TMM进行改进,在保持效率的同时提高分析准确性.
1TPA法和TMM的基本原理
TPA方法的基本原理是：机械设备工作状态下辐射声场中的声压响应值等于其和各噪声源之间的频响函数和工作状态下各噪声源处的激励力乘积的叠加[3],即P（w）等于HFP（w）F（w） （1）式中F（w）为工作状态下的激励力列向量；P（w）为工作状态下声场中声压响应的列向量；HFP（w）为各噪声源到辐射声场中声压响应的频响函数,它不仅是激励频率的函数,还和响应点、激励点的位置有关,但和激励的幅值无关.
直接测量工作状态下的耦合激励力在实际操作中会遇到很多问题,间接测量法不需要嵌入力传感器,这可以在一定程度上避免直接测量法的不足,因而它是工程中常用的方法.逆矩阵法就是一种有效的获取耦合激励力的间接法[3],该方法需测量力/加速度传递函数,结合实测振动响应X（w）,可获得力估计为X（w）等于HFX（w）F（w） （2）
F（w）等于HFX（w）-1X（w） （3）以上TPA方法在实际应用中将面临很多问题,不利于工程应用.于是,将式（3）带入式（1）得到基于TMM方程P（w）等于HFP（w）HFX（w）-1X（w）等于TXP（w）X（w） （4）式中振动输入响应X（w）可以为力信号、振动加速度信号、声压信号、位移信号等.
第2期张磊,等： 船舶噪声源的传递率矩阵识别方法及试验验证振 动 工 程 学 报第26卷TMM没有进行载荷识别,而采用响应响应的方式.由于结构的模态特性,一个激励点的激振力将在其他路径上引起振动,这种输入信号之间有着较复杂的交叉耦合关系很容易导致主要路径的识别错误.对于该问题,实际应用中主要结合一些先验信息（如设备的特征频率等）,选取紧挨振源且振动响应较大,并能反映振源频率较全面的振动加速度测点作为振源输入.对于耦合性较弱的振源是可行的,但振源耦合性较强或振源测点在共振和反共振频率时却很难得到理想的效果.由式（1）和（2）可知,为了避免输入振源之间的交叉耦合性,需满足频响函数矩阵HFX（w）为对角矩阵,即每个路径处的振动响应X（w）仅和相应的激励力有关.在船舶机械设备振源特性分析时,1 kHz以下的低频段内,可将机械设备和基座以及整个减振器的接触单元认为是点接触[8].
TMM是一种理论简单且快速的方法,该方法仅需要运转工况时振源响应和目标点的声压响应值.利用在不同工况下由振源测点到目标点的声压响应所形成的传递矩阵,即可分析每一个传递路径对目标点的贡献,进而识别出主要噪声源.但实际工程应用中有效地实现TMM是非常困难的,仍面临以下问题：
（a） 输入信号之间的相干性以及实际工况的限制产生病态矩阵求逆等问题,可能导致不可靠的传递特性估计.可采用截断总体最小二乘（TTLS）方法避免矩阵求逆存在的不适定问题[9],TTLS考虑了振源输入矩阵ΔX和声压目标点矩阵P同时存在测量误差,优于传统的基于最小二乘（LS）的奇异值截断方法.
（b）遗漏部分传递路径,TMM合成总贡献不能识别.可用重相干函数检测是否有重要传递路径被遗漏[10],假设本文路径数目均已知.
2船舶振动声辐射仿真计算及结果分析利用CAE技术进行船舶结构振声耦合计算,以验证TMM在船舶噪声源识别中的可行性和正确性.利用ansys创建船舶结构有限元模型（船长15 m,最宽处25 m,高1 m）,如图1所示.假设舱段内有5台机械设备,设备1#,2#,3#在同一个舱段内,将振动设备等效为集中质量系统,在集中质量系统上施加的激励载荷,每个集中质量系统通过4个弹簧阻尼单元和甲板相连.利用Virtual.Lab对船舶辐射噪声声场指向性和辐射噪声衰减进行仿真计算,可知和船舶夹角130°的轴线位上有最大辐射声压幅值.同时通过船舶辐射噪声衰减仿真结果,和船舶垂直距离50～100 m范围内的声场均满 面波衰减规律（远场测量条件）.综上,此次仿真将声场测点位置选为轴长100 m,和船夹角130°处.
矩阵论文参考资料：
结论：船舶噪声源传递率矩阵识别方法试验为关于本文可作为相关专业矩阵论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文矩阵讲解论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
