基于混合TPA的水电机组厂房振动传导研究

机组的稳定运行对水电站厂房上下游的经济和社会发展具有重要支撑作用,新时期对水电机组厂房的稳定性要求愈发增高,但以原型观测为基础的振动理论分析与工程实践仍然滞后。为解决水电厂房测点数量不足的问题,该研究以原型观测为基础,考虑大体系非线性结构的耦合振源传播与放大机理,以实测与仿真计算频响函数(frequency response function, FRF)为核心,搭建混合振动传递路径分析(transfer path analysis, TPA)模型,开展原型-仿真联立分析的水电机组振动传递研究,识别水电机组未测振源、确定振动成分的贡献量等,明确影响响应目标点振动水平的根本原因,并提出局部结构减振措施,形成一套基于传递路径分析方法的水电站厂房振动分析与控制,为我国水电机组的安全稳定运行、结构设计和优化奠定理论基础。     

工况传递路径分析法原理及其应用

工况传递路径分析法（OTPA）是一种有效振动传递路径的在线测量方法,测试中用振源处的振动加速度或噪声表征振源,用振动传递率表示传递路径,相对于传统传递路径分析（TPA）,不需要测量激励力和力到响应的传递函数（FRF）,测试过程得到简化,并可以在线测量。在推导分析工况传递路径的基本原理的基础上,分析其误差原因。并以一汽车振动噪声分析为例,介绍工况传递路径分析法的基本实施步骤,通过传递路径综合分析得出噪声源排序,并由此提出减振降噪措施建议。     

舰船瞬态噪声激励源传递路径识别方法研究

为了有效地控制舰船瞬态噪声,主要从两个方面考虑:激励源和声传播,降低激励源能量,隔绝或减小振动、噪声和激励力的传递途径,而激励源传递路径识别的目的就是评判激励源振动能量传递的主次,进而为减隔振方案的实施提供依据。由于舰船瞬态噪声产生的方式和途径多种多样,加之机械噪声的干扰,致使瞬态噪声激励源及传递路径的判别难度较大,为此,通过开展线谱提取技术、主分量分解和短时相关函数等算法的研究,结合振动-声传递路径的物理模型,从信息相似程度的角度,形成舰船瞬态噪声激励源传递路径识别方法,通过仿真研究给出方法的理论可行性,并以实船为试验平台,开展复杂结构的瞬态激励源传递路径识别试验研究,利用建立的瞬态噪声激励源识别方法,构建激励源振动至辐射声的物理模型,采用从外往内逐层分解的分析方式,准确获取了瞬态激励源振动至辐射声的主要传递路径,验证了该方法的工程有效性和实用性。     

基于压电驱动的圆柱壳内振源振动传递控制

针对圆柱壳内振源振动通过环形支承向壳体传递的问题,提出一种基于压电作动器的主被动支承隔振方案,并通过振源-主被动支承-壳体耦合系统进行振动控制分析。根据Flugge壳理论,采用波传播法建立圆柱壳体振动模型,同时采用有限元方法建立振源及主被动支承的振动模型,最终使用子结构频响函数综合获得耦合系统振动模型。基于耦合系统模型和理想控制假设,在频域给出壳体振动可控性,并通过振源-主被动支承-壳体试验系统验证控制的有效性。仿真与试验结果表明,基于压电作动器的主被动隔振方案能显著降低壳体的宽带和线谱振动。     

超大型油轮降噪设计主传递路径族灵敏度方法

针对振动噪声传递路径降噪设计是提高船舶声学性能的有效措施之一。目标舱室振动噪声传递路径并不唯一，其中多条主要路径传递了大部分振动与噪声能量。利用作者提出的基于声振熵概念及图论中K则最短路径理论的声振熵赋权图法，能够快速识别船舶舱室噪声主要传递路径族。在此基础上，计算噪声主传递路径族上声学设计参数变化对目标舱室声压影响的灵敏度，调整有关声学设计措施，此即降噪设计主传递路径族灵敏度方法。提出适用于大型船舶噪声主传递路径分析及主传递路径族灵敏度的降噪设计通用流程，通过超大型油轮降噪声学设计实例，说明了该方法的有效性。     

工况传递路径分析中遗漏路径无法识别的问题研究

为有效解决OTPA方法面临的遗漏传递路径无法识别的关键问题,首先结合临近特征值差值法和特征值下降速比法,给出基于经验模态分解(EMD)-特征值分解的源数估计方法,该方法在确定振源个数时具有较强的通用性;然后,提出基于偏向干分析的重相干(PCA-MCF)方法及其应用条件,其能更精准定位实际振源测点或路径点。最后,利用机械设备振动传递路径实验验证两种方法能够准确地确定振源的数目以及定位振源测点。研究结果表明,两种方法相辅相成能够有效解决在不同应用条件下OTPA方法面临的遗漏路径无法识别问题,提高了OTPA方法应用的稳定性和准确性。     

双扰动条件下水轮机竖向振动传导功率流分析

为分析水电站实际振动的复杂扰动对结构动力特性的影响,在单扰动分析的基础上,结合功率流、Kronecker代数、Hadamard积及随机摄动理论,推导了双扰动条件下的功率流随机参数结构分析方法,并应用于水电站竖向振动传导分析。通过水电站厂房结构振动分析表明,双扰动分析方法的结果是正确的,可分析各参数扰动对能量传导率的灵敏度问题。据此可更全面的分析水电站竖向振动的传递路径,同时为解决复杂扰动的水电站振动传递路径系统分析提供一种新的解决思路。     

电动汽车拍振问题分析及改进

某电动汽车的空调系统存在间歇性异常振动噪声,严重影响驾乘舒适性。文章首先采用分别运行法快速锁定了压缩机和冷却风扇为故障相关零部件,并基于零部件结构特征分析、拍振理论分析、时域数据分析和频谱分析确认该故障为拍振;然后通过传递路径分析及试验确认了该拍振故障的作用机理;最后针对压缩机和冷却风扇两个关键零部件,分别基于源、路径两个方面提出了多种改善措施并通过单品及整车验证确认了改善方案的有效性。分析结果表明,降低振源激励、提升传递路径隔振能力可有效处置拍振问题,车内噪声降低可达8.1 dB(A),降幅约为13.94%。     

基于数字图像相关方法的薄板结构振动功率流可视化

通过振动功率流法研究了薄板结构振动能量的传递特性,基于数字图像相关(DIC)方法对功率流进行可视化。结构振强定义为薄板结构单位截面上的功率流,考虑各方向上的内力及质点响应,其矢量场能够清楚指明功率流的大小和方向。通过对振强及其散度场的可视化,可以直观表征结构能量的传递路径及振源位置。基于实验方法的结构振强测量,涉及被测结构表面位移场及速度场的空间导数,因此实验精度高度依赖于测量方法的空间分辨率及信噪比。数字图像相关方法作为一种非接触式的视觉测量分析手段,可对被测结构实现空间高分辨率的全场测量,且不改变系统固有特性。获得薄板结构的全场位移及速度响应,并基于空间傅里叶变换方法,在波数域上实现对空间域数据的微分计算,得到结构振强场。该研究通过对结构振强的实验研究,实现了对薄板结构振动能量传递路径及振源的可视化识别。     

水下耦合机械噪声源的量化识别及试验

目前水下机械噪声源及其传递路径识别效果较难。为此,将盲源分离算法和传递路径分析方法融合和集成。视多振源信号为卷积混叠,结合LU分解,提出一种新的非正交联合块对角化方法进行耦合振动源的分离。将分离振源作为工况传递路径分析方法的输入振源,建立水下机械振动噪声源识别算法,并对潜艇舱段模型的水下振动-声辐射试验对算法进行验证。结果表明,与现存方法相比,该盲源分离算法具有易实现、收敛速度快、精度高等优点;所集成的源识别算法在水下声场预报和振源贡献量排序中的性能均优于振源耦合时的结果,与实际情况吻合好,达到了高效、准确地识别机械噪声源的目的。     

隧洞爆破地震波作用下临近水电站的安全性评估

为了评估隧洞爆破地震波作用下临近水电站的安全性,结合深溪沟水电站安装间灌浆排水廊道的掘进爆破开挖工程,利用TC-4850测震仪对临近发电厂房、机组及其他重点保护对象进行爆破震动监测。首先将实测数据进行震动波形、时能密度和震速峰值分析,然后采用一元回归方法分析爆破震动衰减规律,预测不同单响药量和不同爆心距下质点震动幅值,通过与国家爆破震动安全控制标准比较,评估爆破震动的安全性。研究结果表明:现场监测结果与回归分析的理论预测结果相吻合,隧洞爆破震动对临近水电站安全运营的影响较小,采用上述分析方法能够合理地评估隧洞爆破地震波作用下临近水电站的安全性。     

基于RVM方法的水电站厂房结构振动预测研究

随着水电站规模和单机容量的不断增长,水电站厂房振动问题日益突出。明确厂房结构的振动规律有助于电站长期运行安全评估。在电站厂房原型振动观测数据相关分析的基础上,建立了基于相关向量机(Relevance Vector Machine,RVM)的厂房振动响应预测模型。该模型可通过机组、流道测点的测试数据预测厂房结构垂直振动空间分布,并具有较高的精度。     

河床式水电站副厂房GIS室隔振研究

结合某河床式水电站实际工程,采用有限单元法,对尾水管内水流脉动压力作用下阻尼弹簧隔振装置对副厂房GIS室的振动影响进行了研究。结果表明：GIS室楼板由隔振弹簧支承于梁柱上后,对副厂房整体结构的振动特性影响很小,GIS室楼板与其支承结构的振动特性差异明显;当隔振系统自振频率在3.5~4.5Hz时,隔振措施能兼顾隔离低频和高频脉动压力的振动影响,特别是能有效减小因高频脉动压力引起的高振动速度和加速度,对结构振动控制十分有利。     

大型地下厂房结构振动反应分析

建立锦屏一级水电站地下厂房结构三维有限元动力分析模型,计算结构自振特性,并复核结构共振。通过模型水力脉动试验,获得锦屏一级水电站流道脉动压力荷载特性,用动力法分析厂房结构在机组振动荷载与水力脉动荷载作用下的振动反应,并据国内外有关规程规范对振动反应进行评价。研究结果表明,地下厂房结构与各种振源频率相差较大,不存在共振的可能性。地下厂房结构整体刚度较大,在机组振动荷载及水力脉动荷载作用下,振动位移、应力、速度均较小,满足有关规程要求。     

不同载荷识别的结构振动传递路径分析方法研究

为提高传递路径分析(Transfer Path Analysis,TPA)方法在结构振动传递特性分析中的有效性和工程实用性,提出不受振源存在或移除影响的逆矩阵法(MIM)识别工作载荷,并与直接测量法、复刚度法(CSM)、参数化模型的动刚度法在载荷识别时的适用范围、性能特点进行比较分析。由此建立相应的三种TPA方法,并结合振动模型算例,系统深入地分析三种TPA方法的性能以及结构特性参数对TPA方法性能的影响。分析结果表明给出的MIM-TPA方法在结构振动传递特性分析时具有更佳的精度和稳定性,并最终确定不同TPA方法的计算精度、效率及适应范围,极具工程应用价值。     

双传感器振强测量及误差分析

简述了双传感器振强测量的原理，重点对该测量方法的有限差分误差、相位误差以及近场误差进行了理论分析和讨论，同时给出了该测量方法的使用条件和近场误差的补偿方法。利用声强测量设备对一模拟无限大板结构进行了实验和分析，获得了满意的测量结果。     

基于小波包变换的爆破振动信号能量熵特征分析

爆破振动信号是典型的短时非平稳随机信号。应用多分辨率特点的小波包变换对爆破振动信号进行多层分解,得到信号能量分布的细节信息。根据建立在概率统计基础上的信息熵概念,推导得到爆破振动信号能量熵计算方法。分析了4种类型爆破振动信号的能量熵,熵值由大到小为:隧道爆破、管道爆炸、台阶爆破、塌落振动。结果表明,能量熵能够反映不同类型爆破对振动信号的影响。提出将能量熵作为爆破振动信号的新特征量,为爆破振动信号特征提取、不同爆破类型振动信号识别和爆破振动预测提供一种新思路。     

一种基于样本熵的轴承故障诊断方法

运用非线性动力学参数样本熵作为特征,对轴承正常、内圈故障、滚动体故障、外圈故障四种工况的振动信号进行分析识别。针对利用原始振动信号的样本熵只能在一个尺度域进行分析,无法准确区分轴承运行状况的问题,提出一种基于集成经验模式分解与样本熵的轴承故障诊断方法。首先利用集成经验模式分解方法将原始振动信号分解为有限个内蕴模式分量,从中选取包含故障主要信息的前几个内蕴模式分量的样本熵作为特征,然后利用支持向量机进行轴承故障诊断,这样可以在多个尺度对轴承信号进行分析,提高了轴承故障诊断的准确率。通过轴承故障实测信号的诊断实验,证明了该方法的可行性和有效性。     

精确延时爆破条件下的边坡振动响应特性

精确延时条件下的爆破振动响应特性是当前工程爆破领域的重点研究内容。基于岩质边坡爆破振动响应的理论分析,结合溪洛渡水电站边坡开挖爆破振动的数值模拟,研究了精确延时条件下的岩质边坡爆破振动响应特性。结果表明,在边坡的爆源近区,质点峰值振动速度及第一主应力的变化随延时时间的不同具有明显的低峰值,而在爆源远区,则难以确定明确的变化规律。在爆源的近区,合理的延时时间可以降低甚至避免振动效应叠加,该延时时间的最小值约为爆破振动的主周期;爆源的远区,虽然振动峰值降低,但是难以避免爆破振动叠加效应。