一種管路撓性接管扭轉機械阻抗測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于船舶減振降噪技術領域，具體涉及一種管路撓性接管扭轉機械阻抗測 量方法。
【背景技術】
[0002] 管路中撓性接管不僅能隔離和衰減沿管路系統傳遞的結構振動和噪聲、抑制流體 噪聲，還能補償設備與管路系統間因振動、沖擊引起的大位移變形。因此國內外在船舶上大 量使用撓性接管。撓性接管的機械阻抗特性是衡量其隔振性能的主要評價參數，也是進行 管路系統聲學性能預報的重要原始參數。
[0003] 目前三個坐標軸方向的平動機械阻抗測量方法可以參考國際標準IS010846。王鎖 泉等（肘形撓性接管機械阻抗測試及其隔振效果預報研宄.第十二屆船舶水下噪聲學術討 論會論文集，2009年）對肘形撓性接管采用對稱或反對稱安裝方式獲得了三個平動方向的 機械阻抗。
[0004] 由于管路系統一般為細長的空間結構，在管路系統聲學性能預報中管段可以考慮 三個平動和三個扭轉，共6個自由度的機械阻抗，而撓性接管因為無法測量繞三個坐標軸 的扭轉阻抗而往往將其忽略，僅引入三個坐標軸方向的機械阻抗測試數據進行計算。目前 的研宄也發現管路中存在平動與扭轉之間的耦合，而忽略扭轉阻抗將導致計算誤差。尹志 勇等（管路柔性支撐扭轉機械阻抗測量的加速度分離法.第十一屆船舶水下噪聲學術討論 會論文集，2007年）提出了用偏心激勵的方式產生力矩，用加速度分離的方法得到轉動加 速度，獲得了管路支撐扭轉機械阻抗，該方法主要針對支撐件的輸入阻抗測試。
[0005] 綜上所述，目前缺少撓性接管扭轉機械阻抗的測量方法，嚴重制約了管路聲學性 能預報和計算，影響管路系統聲學設計和控制技術的提升，亟需突破。
【發明內容】
[0006] 有鑒于此，本發明提供了一種管路撓性接管扭轉機械阻抗測量方法，能夠利用T 型質量塊施加扭矩和測量角速度、力環測量力和扭矩，直接獲取撓性接管扭轉機械阻抗。
[0007] 為達到上述目的，本發明的技術方案為：一種管路撓性接管扭轉機械阻抗測量方 法，該方法包括如下步驟：
[0008] 步驟一、針對撓性接管，其上下端均有6個自由度的運動，據此建立有關該撓性接 管12X12的阻抗矩陣：
[0009]
【主權項】
1.一種管路提性接管扭轉機械阻抗測量方法，其特征在于，該方法包括如下步驟； 步驟一、針對提性接管，其上下端均有6個自由度的運動，據此建立有關該提性接管 12X12的阻抗矩陣：
W提性接官的上端為1端，下端為2端，針對1端和2端分別建立坐柄;系化lYiZi和 化2y2Z2,若所述提性接管為軸對稱式提性接管，其中化W1端的端面作為Xi〇yi面，W 提性接管的軸線為Zi軸，Ox2y,Z2W2端的端面作為X 2〇y2面，W提性接管的軸線為Z 2軸；若 所述提性接管為肘形提性接管，其中OxiyiZiW1端的端面作為Xi〇yi面，W提性接管的軸線 為Zi軸，Ox2y2Z2W2端的端面作為y20Z2面，W提性接管的軸線為X2軸； 其中Fh、Fiy和F1,分別表示在1端沿Xi、yi和Z1方向施加的激勵，Mh、Miy和Mb分別表 示1端繞Xi、yi和Z 1軸施加的激勵，V h、Viy和V b分別表示在1端在X i、yi和Z 1方向的平移 速度響應，0^、0iy和0b分別表示1端繞Xi、yi和Zi軸的旋轉角速度響應； 其中F&、F2濟F2Z分別表示施加在2端X2、y2和Z2方向的激勵，M&為,和M2Z分別表示 2端繞X2、y2和Z2軸旋轉施加的激勵，V2y、V2y和V2,分別表示在2端在X2、y2和Z2方向的平 移速度響應，02y、02y和02,分別表示2端繞X2、y2和Z2軸的旋轉角速度響應； 式：為阻抗參數，其中上標中具有數字11的為1端輸入阻抗參數、上標中具有數字22 的為2端輸入阻抗參數，上標中具有數字12的為1端對2端的傳遞阻抗參數，上標中具有 數字21的為2端對1端的傳遞阻抗參數；下標中的數字1~3表示平動自由度、4~6表 示轉動自由度，其中下標中具有4~6的阻抗參數為與轉動自由度相關的阻抗參數，下標中 僅有1~3的阻抗參數為與平動自由度相關的阻抗參數； 其中與平動自由度相關的阻抗參數均直接測量獲得； 步驟二、解算提性接管12X12的阻抗矩陣： 若所述提性接管為軸對稱式提性接管，該步驟如下： S201、將軸對稱式提性接管的下端穿過力和扭矩傳感器固定于安裝平臺上，將一個T型質量塊垂直固定于該軸對稱式提性接管的上端外圓周側面，T型質量塊的臂上兩端分別 放置傳感器用于測量力、平動速度W及角速度，其中一端安裝激振桿用于施力； 5202、 采用激振桿進行施力，通過力和扭矩傳感器測量獲得1端沿xi軸施加的激勵Flx W及1端繞yi軸施加的激勵Mly，通過T型質量塊上的傳感器獲得的1端沿xi軸的平動速 度Vh和沿y1軸的轉動角速度0ly;由所述12X12的阻抗矩陣關系中選取與1端激勵和響 應相關的關系式：
其中巧為與平動自由度相關的1端輸入阻抗參數，直接測量獲得； 由互易原理有：巧=巧； 解算上式獲得巧和鴻； 5203、 傳遞阻抗參數
5204、 選取兩個軸對稱式提性接管，其中兩個軸對稱式提性接管2端均通過力和扭矩 傳感器固定于安裝平臺上，二者的1端通過連接件對接，T型質量塊垂直固定于二者的連接 件側面；采用激振桿進行施力，通過力和扭矩傳感器測量獲得1端繞zi軸施加的激勵MbW 及2端繞Z2軸施加的激勵M2,，通過T型質量塊上的傳感器獲得的1端沿zi軸的轉動角速 度日山； 則輸入阻抗參數巧和傳遞阻抗參數巧; 5205、 根據W上步驟S201~S204計算獲得的瑞、巧、瑞、巧、巧和巧，由W下 互易關系獲得其他與轉動自由度相關的阻抗參數：巧=巧、巧=巧、巧=巧、 7別 _ 7別 711=722711=722 711=7班 7別=7。 7引=712 7別=7。 7H=7]_) 7" - 7" 7^^ - 7*^ 厶55_么44 ? 厶15占15、 公巧么55、 么66么66、 么M占51、 么55厶55、 么化公66、 么44么44、 厶24 _厶24、 么42 _么42、 巧=巧；其余的與轉動自由度相關的阻抗參數均為零；至此，完成軸對稱式提性接管的所 有阻抗參數的測量； 若所述提性接管為肘形提性接管，則該步驟如下： 52001、 將肘形提性接管的2端通過力和扭矩傳感器固定于安裝平臺上，將一個T型質 量塊垂直固定于該肘形提性接管的1端的端面上，T型質量塊的臂上兩端分別放置傳感器 用于測量力、平動速度W及角速度，其中一端放置激振桿用于施力； 52002、 采用激振桿進行施力，通過力和扭矩傳感器測量獲得1端沿xi軸施加的激勵Fh W及1端繞yi軸施加的激勵Mly，通過T型質量塊上的速度和角速度傳感器獲得的1端沿xi 軸的平動速度Vh和沿yi軸的轉動角速度0ly;則由所述12X12的阻抗矩陣關系中選取與 1端激勵和響應相關的關系式：
其中巧和巧均為與平動自由度相關的輸入阻抗，直接測量獲得.
52003、 選取兩個肘形提性接管，其中兩個肘形提性接管2端均通過力和扭矩傳感器固 定于安裝平臺上，二者的1端通過連接件對接，二者形成對稱安裝，T型質量塊垂直固定于 二者的連接件側面；采用激振桿進行施力，通過力和扭矩傳感器測量獲得1端繞Xi軸施加 的激勵MbW及2端繞X2軸施加的激勵M&，通過T型質量塊上的速度和角速度傳感器獲得 的1端沿xi軸的轉動角速度0h; 則輸入阻抗參蠻
，傳遞阻抗參數
52004、 選取兩個肘形提性接管，其中兩個肘形提性接管2端均通過力和扭矩傳感器固 定于安裝平臺上，二者的1端通過連接件對接，二者形成反對稱安裝，T型質量塊垂直固定 于二者的連接件側面；采用激振桿進行施力，通過力和扭矩傳感器測量獲得1端繞yi軸施 加的激勵FlyW及1端繞Z1軸施加的激勵MW通過T型質量塊上的速度和角速度傳感器獲 得的1端沿zi軸的轉動角速度0b; 則由所述12X12的阻抗矩陣關系中選取與1端激勵和響應相關的關系式；
其中巧為與平動自由度相關的輸入阻抗參數，直接測試獲得，馬: =，解算上式獲得 巧和瑞； 52005、 傳遞阻抗參數
52006、 根據W上步驟S2001~S2005計算獲得的巧、巧、功、駕、巧、端、 巧、巧、巧、巧、巧、巧，依據W下互易關系獲得其他與轉動自由度相關的阻抗 參數巧=巧、巧=巧、巧=巧、巧=巧、巧=ZS、Z：片S、Z巧馬f、巧馬;、巧馬;、 巧=巧、巧=巧、巧=瑞2 ;剩余部分與轉動自由度相關的阻抗參數均為0;至此，完成肘形 提性接管的所有阻抗參數的測量。
2.如權利要求1所述的一種管路提性接管扭轉機械阻抗測量方法，其特征在于，所述T型質量塊的臂上兩端放置的傳感器分別為阻抗頭和速度傳感器，其中阻抗頭測得速度為 V2,速度傳感器測得速度為VI，阻抗頭與速度傳感器之間間距為A; 則所述步驟S202中通過T型質量塊上的傳感器獲得的1端沿xi軸的平動速度Vh和 沿yi軸的轉動角速度0ly的方法具體為：
【專利摘要】本發明提供了一種管路撓性接管扭轉機械阻抗測量方法，包括如下步驟：一、建立有關該撓性接管12×12的阻抗矩陣：其中與平動自由度相關的阻抗參數均直接測量獲得；二、解算阻抗矩陣：若為軸對稱式撓性接管，則首先將接管下端固定，在上端施力并測量，解算獲得相應阻抗；然后將兩個接管對稱安裝，以消除繞y軸的轉動，在對接處施力并測量，計算獲得相應阻抗；若為肘形撓性接管，則首先將下端固定，在上端施力并測量，解算獲得相應阻抗；然后將兩個接管分別進行對稱安裝和反對稱安裝，分別消除繞y軸的轉動和z軸的速度，在對接處施力并測量，計算獲得相應阻抗。由阻抗矩陣的對等關系獲得其他與轉動自由度相關的阻抗參數。
【IPC分類】G01H15-00
【公開號】CN104792405
【申請號】CN201410693019
【發明人】彭偉才, 劉彥, 原春暉, 郎波, 王冠
【申請人】中國艦船研究設計中心
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2014年11月26日