在利用传统的模态分析方法来研究工程的结构系统动力学问题已经有了很长的历史,可是这种研究方法还是存在很多局限的,在对那些能很清楚辨认的有限数目的低阶模态系统来说,分析误差会随着频率的增加而逐渐增大,分析难度也会随着结构的复杂性的增加而增加。高阶模态参数的不确定性是工程结构系统振动研究的一个难题。所以,利用统计模态的概念,为了描述振动把振动能量作为它的基本参数,通过利用了模态和振动波之间的内在关系,可以推导出统计能量分析方法(Statistical Energy Analysis缩写为SEA)用于研究结构的声振变化以及不同子系统间的耦合动力学问题。在对模态密度和频率较高的复杂系统分析时,使用统计能量分析的方法都会更加的准确,比如可以利用统计能量法来分析预示某些复杂系统内外的振动和声辐射的环境。

2 发展趋势与研究展望

因为统计能量法的出现,为一些像环肋圆柱壳这种板壳类比较复杂但子系统相对容易确定的物体的振动和噪声的预测提供了很好的解决方法。

但是对于实际的工程,利用统计能量分析的方法来对结构的声振响应进行预测时会有很多的限制,这归结于:对于那些复杂机构采用理论方法来获得它们的SEA参数是很困难的,利用经典统计能量分析的非保守、弱耦合条件很多时候都不能满足要求;在很多比较感兴趣的频域,统计能量分析常常不能满足统计假设的要求;对于某个子系统的某个局部位置的精确响应不能精准预测。国内外的学者在针对这些问题做了大量的研究,最后取得了很有价值的效果,随着统计能量分析的限制越来越宽,它的应用也将变得更加的广泛。

在船舶上,统计能量法的应用还存在许多问题有待解决。

1。多激励源激励相关性:在船舶中多激励源的源于源之间存在着相关性,这些相关的激励源它们的能量已经不是简单的相加关系,同频信号之间的相位关系会使某些激励的效果增强很多,而某些激励的效果会减弱很多。这种相关性主要由两个因素决定,一个是力源间的互功率谱密度,另一个是传递响应函数矩阵。

2。非保守耦合问题:到目前为止统计能量的解法都是建立在子系统间属于非保守耦合的阻抗导纳法的基础上的,而对于那些两个及以上子系统且子系统间是非保守耦合的系统来说统计能量法还不够完善,需要继续探索。

3。非线性因素的影响:船舶在降噪过程中,其中很多的隔振元件都具有非线性特性,而它们的存在会使隔振器两端能量流的频谱特性不再成单向映射关系。目前还不存在相关资料来报道对非线性元件连接系统功率的研究。

4。实验方法:因为船体体积十分的庞大,要想实现真实的实验是很困难的。在船舶的相似性研究方面,张建提出的实验统计能量分析法是个很好的参考依据。但是到目前为止统计能量的相似理论的准确性还很不完善,例如:如何在改变尺寸后子系统的模态密度一般都会降低很多并且耦合损耗因子也会随之改变。

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