[发明专利]一种基于有限监测点的全局动力学响应预报方法

权利要求书

1.一种基于有限监测点的全局动力学响应预报方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据实际监测对象外形尺寸和局部筋板结构建立三维仿真计算模型，包括有限元/边界元网格模型；

2)建立涉及内外环境载荷的耦合模型；

3)监测点优化选择；

4)监测点信号处理、实时保存和数据传输；

5)通过传递函数建立预报模型，反演当前工况下的动态激励以及全局动力学响应。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限监测点的全局动力学响应预报方法，其特征在于，所述步骤2)中，具体包括：

建立涉及内外环境载荷的耦合模型，选用虚拟质量方法建立涉及内外环境载荷的传递函数，动力学方程描述:

式中:M和M_A分别为质量矩阵和环境载荷作用产生的附加质量矩阵，K和K_A分别为刚度矩阵和环境载荷作用产生的附加刚度矩阵，和u分别为加速度向量和速度向量，F为广义力。

3.根据权利要求1所述的一种基于有限监测点的全局动力学响应预报方法，其特征在于，所述步骤2)中，激励和响应之间的对应关系由所述传递函数确定，由模态叠加法得到结构振动监测点和声学重构点的振动速度为：

式中：v_l(ω)、v_l(ω)为监测点和声学重构点的振动速度，ω为圆频率，M_r为模态质量，C_r为模态阻尼，K_r为模态刚度，f_p(ω)为模态载荷，为模态向量，p为载荷作用点，l为结构上监测点，k为结构上声学重构点，r为第r个节点，j表示虚部。

4.根据权利要求1所述的一种基于有限监测点的全局动力学响应预报方法，其特征在于，所述步骤2)中，监测对象的响应受所述内外环境边界的影响，船舶中压载水舱、油舱具有自由液面的边界条件，根据源汇法得出在自由液面的对称面存在一个源强大小相等、方向相反的点汇；所述内外环境中任意一点的速度势采用简单格林函数进行计算：

式中，格林函数

分别为实际点源和虚拟点汇到流体中任意点的距离，x_p、y_p、z_p为实际点源的坐标，x_s、y_s、z_s为虚拟点源的坐标，σ(x_s,y_s,z_s)为虚拟点源强度。

5.根据权利要求1所述的一种基于有限监测点的全局动力学响应预报方法，其特征在于，所述步骤3)中，具体包括：

1.1)粗选

中心聚类分法或有效独立-驱动点残差法进行测点初步选定；

1.2)精选测点

除去粗选点中不合适的测点；

1.3)确定测点最终数目和位置。

6.根据权利要求5所述的一种基于有限监测点的全局动力学响应预报方法，其特征在于，所述步骤1.2)中，校核的原则包括：

S1.传递函数病态性：根据有效独立法评估各个测点的独立性；

S2.振型线性相关程度：根据模态置信准则法评估各个测点的模态表征；

S3.声振函数的相关性：根据相关性方法评估各个测点振动与最终关注物理参量的相关性。

7.根据权利要求5所述的一种基于有限监测点的全局动力学响应预报方法，其特征在于，所述步骤1.3)中，根据上述方法确定测点最终数目和位置，测点的最终数目为精选测点个数和3倍激励源设备个数之中的较大值。

8.根据权利要求1所述的一种基于有限监测点的全局动力学响应预报方法，其特征在于，所述步骤4)中，监测点信号处理、实时保存和数据传输，数据保存在存储介质，数据传输通过有线或无线网络。