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潜艇舱段模型振动噪声源分离量化方法研究

作　者: 于树华
导　师: 时胜国
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 振动噪声源分离量化传递路径分析层次分析法偏相干函数层次诊断
分类号: U674.76
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

声隐身性能是一项评估潜艇战斗力的重要指标。在潜艇进行中低速巡航过程中，它的主要噪声源是机械结构噪声，控制并降低机械结构噪声是在潜艇声学设计过程中需要考虑的首要环节。机械结构噪声是由潜艇内部各种机械设备在运转过程中产生的，它通过艇内结构传递到潜艇的壳体上并向远场辐射形成辐射噪声。但是潜艇具有振动噪声源数目众多，相互之间耦合严重并且振动传递路径复杂的特点，导致对其振动噪声源进行分离量化是一项非常困难的工作。为了有针对性地进行噪声控制，开展振动噪声源分离量化研究从而确定各类振动噪声源的贡献是十分必要的。本文通过对潜艇内部机电设备振动激励壳体振动形成辐射噪声这个物理过程进行建模，将相干分析、重相干分析和偏相干分析进行结合综合分析了其内部机电设备振动的主要传递路径，建立了基于信息相似性的传递路径识别信息处理方法，实现了对振动传递路径进行隔离以达到降低机械结构噪声的目的。采用基于相干分析和偏相干分析的层次诊断法对潜艇舱段模型振动噪声源进行分离量化，为潜艇的声学设计提供参考。采用了基于信息相似性的振动传递路径分析方法，通过相干分析完成了对输出测点有较大贡献的输入测点的筛选，并对输入测点与输出测点之间的重相干函数进行计算对输入测点的完备性进行了验证，对存在强相干性的输入测点进行偏相干分析从而完成对振动传递路径的识别。对输入测点在独立、耦合条件下的传递路径分析进行了仿真研究验证了该方法的有效性。研究了潜艇机电设备振动信号特征提取方法，实现了从不同域别对振动信号进行分析。采用与相干分析和偏相干分析相结合的层次分析法，对潜艇舱段模型振动噪声源进行层次诊断，从而达到了对其进行分离量化的目的。通过对振动噪声源层次诊断进行仿真计算验证了该方法可以应用于解决振动噪声源分离量化问题。在潜艇舱段模型试验平台上，对振动传递路径分析和振动噪声源分离量化进行了试验研究。采用基于信息相似性的传递路径识别信息处理方法，对潜艇舱段模型从其内部机电设备振动至壳体的振动到水声场评价点声信号的传递路径进行分析。根据层次诊断方法建立用于潜艇舱段模型振动噪声源分离量化的诊断模型，利用层次诊断技术完成对潜艇舱段振动噪声源的分离量化。试验数据处理结果通过分部运转法得到了正确性验证。结果表明，与基于相干分析的层次诊断方法相比，基于偏相干分析的层次诊断方法在处理输入测点间存在强相干性问题时是具有一定优势的。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 论文研究背景及意义  10
  1.2 振动噪声源分离量化方法研究现状  10-12
  1.3 本文研究内容  12-14
第2章振动传递路径分析方法  14-26
  2.1 潜艇振动传递路径分析建模  14-15
    2.1.1 潜艇振动传递路径分析的物理模型  14
    2.1.2 潜艇振动传递路径分析的数学模型  14-15
  2.2 基于多输入/输出模型的振动传递路径分析方法  15-20
    2.2.1 传递路径分析基本原理  15-20
    2.2.2 传递路径分析步骤  20
  2.3 仿真研究  20-25
    2.3.1 独立条件下的振动传递路径仿真研究  20-23
    2.3.2 耦合条件下的振动传递路径仿真研究  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章基于层次诊断的振动噪声源分离量化方法  26-48
  3.1 潜艇机电设备振动噪声特征提取  26-30
    3.1.1 振动信号的时域特征分析  27-28
    3.1.2 振动信号的频域特征分析  28-30
    3.1.3 振动信号的时频域特征分析  30
  3.2 层次分析法的基本原理  30-39
    3.2.1 递阶层次结构的建立  32
    3.2.2 构造判断矩阵  32-34
    3.2.3 单准则下相对权重的计算及一致性检验  34-38
    3.2.4 总排序权重计算及一致性检验  38-39
    3.2.5 层次分析法的局限性  39
  3.3 对层次分析法中标度和判断矩阵一致性的改进  39-41
    3.3.1 层次分析法中标度的调整  39-40
    3.3.2 判断矩阵一致性的修正方法  40-41
  3.4 振动噪声源分离量化的层次诊断方法  41-44
    3.4.1 诊断步骤  42-43
    3.4.2 诊断流程  43-44
  3.5 振动噪声源层次诊断仿真计算  44-47
    3.5.1 仿真条件设置  44
    3.5.2 振动噪声源层次诊断过程及结果  44-47
  3.6 本章小结  47-48
第4章潜艇舱段模型振动噪声源分离量化试验研究  48-78
  4.1 试验系统  48-51
    4.1.1 试验对象  48-49
    4.1.2 仪器设备和试验框图  49-50
    4.1.3 试验过程及数据记录  50-51
  4.2 潜艇机电设备振动信号特征分析  51-58
    4.2.1 时域特征分析  51-52
    4.2.2 频域特征分析  52-57
    4.2.3 时频域特征分析  57-58
  4.3 潜艇舱段模型振动传递路径分析  58-62
    4.3.1 振动传递路径分析模型的建立  58
    4.3.2 设备至壳体的振动传递路径分析  58-60
    4.3.3 壳体至水声场的传递路径分析  60-61
    4.3.4 振动传递路径分析的结果分析  61-62
  4.4 基于层次诊断技术的潜艇舱段模型振动噪声源分离量化  62-77
    4.4.1 诊断模型的建立  62-64
    4.4.2 在特征线谱上基于层次诊断技术的振动噪声源分离量化  64-70
    4.4.3 在特征频带内基于层次诊断技术的振动噪声源分离量化  70-76
    4.4.4 分离量化结果的正确性检验及分析  76-77
  4.5 本章小结  77-78
结论  78-80
参考文献  80-84
致谢  84

潜艇舱段模型振动噪声源分离量化方法研究

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