(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111342957.0 (22)申请日 2021.11.12 (71)申请人 大连海事大学 地址 116026 辽宁省大连市高新园区凌海 路1号 (72)发明人 李国宾　卢立讯　邱世浩　邢鹏飞　 高宏林　张洪朋　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 代理人 陈丽　李洪福 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06K 9/62(2022.01) G06F 111/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于非参数模型的大型船舶轴系固有频率 不确定性分析方法 (57)摘要 本发明提供一种基于非参数模型的大型船 舶轴系固有频率不确定性分析方法， 该方法包 括： 建立大型船舶轴系的数学模型， 确定船舶轴 系的均值质量、 刚度、 阻尼矩阵。 基于随机矩阵理 论， 对均值矩阵进行随机化处理， 生成随机质量、 刚度、 阻尼矩阵， 并运用蒙特卡洛法生成大量随 机样本。 通过有阻尼系统固有频率求解方法， 计 算船舶推进轴系确定性数学模型与非参数模型 的固有频率， 继而进行船舶推进轴系固有特性的 不确定性分析。 本发明能够获取船舶推进轴系在 不确定作用下固有频率的概率密度曲线， 展现固 有频率的变化范围， 相较以往计算中仅仅能获得 一个固有频率的方式， 能够更加准确的评估船舶 推进轴系的健康状态。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 114117759 A 2022.03.01 CN 114117759 A 1.一种基于非参数模型的大型船舶轴系固有频率不确定性分析方法， 其特征在于， 所 述方法包括： 建立大型船舶推进轴 系的均值数 学模型， 确定船舶轴 系的均值质量、 刚度、 阻尼矩阵； 通过分别改变质量散度控制参数、 刚度散度控制参数和阻尼散度控制参数的大小， 将 推进轴系的数据不确定性和模型不确定性添加到质量、 阻尼、 刚度矩阵中； 利用蒙特卡洛仿真法生成预设数量的随机质量、 阻尼、 刚度矩阵样本， 形成大型船舶推 进轴系的非参数模型； 基于所述大型船舶推进轴系的非参数模型， 运用有阻尼系统的固有频率求解方法， 计 算在不确定性作用下 船舶推进轴 系的固有频率。 2.根据权利要求1所述的基于非参数模型的大型船舶轴系固有频率不确定性分析方 法， 其特征在于， 所述数据不确定性包括： 几何尺寸、 力学参数、 材 料特性导致的不确定性。 3.根据权利要求1所述的基于非参数模型的大型船舶轴系固有频率不确定性分析方 法， 其特征在于， 质量、 刚度、 阻尼散度控制参数以0.04 为初值， 0.04 为步长递增至 0.16。 4.根据权利要求1所述的基于非参数模型的大型船舶轴系固有频率不确定性分析方 法， 其特征在于， 还包括： 计算非参数模型与均值模型相对偏差的概率密度函数曲线， 分析 质量、 刚度、 阻尼的不确定性船舶推进轴 系固有特性的影响。 5.根据权利要求1所述的基于非参数模型的大型船舶轴系固有频率不确定性分析方 法， 其特征在于， 建立大 型船舶推进轴 系的均值数 学模型， 包括： 以转轴的理论中心线或者轴承座的中心连线为s轴， 建立 坐标系oxys； 根据坐标系， 将推进轴 系划分为无质量的弹性轴段、 集中质量圆盘以及轴承座单 元； 各个单元之间由相邻的结点进行 连接； 通过对各 单元进行分析， 建立 其数值方程； 将各单元的数值方程进行整合， 得到整个系统的均值数 学模型。 6.根据权利要求1所述的基于非参数模型的大型船舶轴系固有频率不确定性分析方 法， 其特征在于， 确定船舶轴 系的均值质量、 刚度、 阻尼矩阵， 包括： 运用等效质量法确定船舶轴 系的均值质量矩阵； 运用柔度系数法计算得到刚度矩阵； 运用比例阻尼法获得阻尼矩阵。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114117759 A 2基于非参数模型的大型船舶轴系固有频率不确定性分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及船舶轴系固有频率分析技术领域， 具体涉及 一种基于非参数模型的大 型船舶轴系固有频率 不确定性分析 方法。 背景技术 [0002]船舶航行过程中， 会受到诸多动态非线性因素的影响， 如船体变形、 风浪流、 轴承 油膜力、 螺旋桨水动力等。 这些动态因素的影响往往使 船舶轴系具有较强的不确定性， 使 船 舶轴系的质量、 刚度、 阻尼发生变化， 进 而导致固有特性发生变化。 [0003]以往的研究中在对船舶推进轴系的固有特性进行分析时， 往往按照确定性数学模 型进行计算， 计算结果与实际情况存在偏差， 造成船舶推进轴系的故障产生， 威胁船员生命 及财产安全。 在建立船舶推进轴系的数学模型时， 由于存在数据不确定性与模型不确定性， 难以建立 准确的计算模型， 也无法基于单一方法得到模型的统一描述。 [0004]因此， 亟需一种新的方法将数据不确定性与 模型不确定性计入到船舶 推进轴系固 有频率计算模型当中， 以考虑在不确定性作用下船舶推进轴系的固有频率的变化， 得到不 确定性对船舶推进轴 系的固有特性影响， 进 而准确的评估船舶推进轴 系的健康状态。 发明内容 [0005]为了解决现有船舶轴系的数学模型， 无法得到动 态因素产生的不确定性对船舶 推 进轴系的固有频率影响， 进而无法准确的评估船舶推进轴系的健康状态的问题， 提供了一 种基于非参数模型的大型船舶轴系固有频率不确定性分析方法。 本发明以船舶推进轴系为 研究对象， 引入非参数建模法， 建立计入数据不确定性和模型不确定性的船舶推进轴系非 参数模型， 并利用蒙特卡洛仿 真法模拟大量样 本， 计算轴系的固有频率， 进而分析不确定性 对船舶推进轴 系的固有特性的影响， 准确评估船舶推进轴 系的健康状态。 [0006]本发明采用的技 术手段包括： [0007]一种基于非参数模型的大型船舶轴系固有频率不确定性分析方法， 所述方法包 括： [0008]建立大型船舶 推进轴系的均值数学模型， 确定船舶轴系的均值质量、 刚度、 阻尼矩 阵； [0009]通过分别改变质量散度控制参数、 刚度散度控制参数和阻尼散度控制参数的大 小， 将推进轴 系的数据不确定性和模型不确定性添加到质量、 阻尼、 刚度矩阵中； [0010]利用蒙特卡洛仿真法生成预设数量的随机质量、 阻尼、 刚度矩阵样本， 形成大型船 舶推进轴 系的非参数模型； [0011]基于所述大型船舶推进轴系的非参数模型， 运用有 阻尼系统的固有频率求解方 法， 计算在不确定性作用下 船舶推进轴 系的固有频率。 [0012]进一步地， 所述数据不确定性包括： 几何尺寸、 力学参数、 材料特性导致的不确定 性。说　明　书 1/6 页 3 CN 114117759 A 3