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本章介绍了动态验证过程和实验测量
详细了解如何产生结果的步骤。然后讨论来源
不确定性，包括测试段堵塞、较长波浪的水深影响、波浪
较短波长的断裂效应以及测压元件测量误差。
4.1动态验证试验程序
第3.1节中描述的设置用于执行动态验证测试。一
使用了称重传感器，并通过施加振荡来检查两个不同的方向
对𝐹𝑥 和𝐹𝑦 测量轴。图4.1显示了两种不同的方向
称重传感器。
组装和安装组件后，验证称重传感器设置
使用AMTI软件。表4.1显示了动态验证的AMTI设置。
24.00英尺的电缆长度也设置为允许
由信号调节器进行补偿。然后，通过
使用手指并向称重传感器的每个坐标施加轻微的力，以确保
力信号在正确的坐标上。然后在
AMTI软件图形用户界面（GUI）和AMTI物理单元。
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表4.1。用于动态验证的AMTI放大器设置。
配置信息
𝐹𝑥
（磅）
𝐹𝑦
（磅）
𝐹𝑧
（磅）
𝑀𝑥
（英寸磅）
𝑀𝑦
（英寸磅）
𝑀𝑧
（英寸磅）
平台容量250.00 250.00 500.00 500.00 250.00
放大器范围（最大值）20.67 20.89 81.43 15.15 14.90 21.42
放大器范围（最小值）−20.67−20.89−81.43−15.15−14.90−21.42
模拟输出（最大值）20.00 20.00 83.33 20.00 20.000 20.00
模拟输出（最小值）−20.00−20.00−83.33−20.00–20.00−20.00
当前配置
𝐹𝑥 𝐹𝑦 𝐹𝑧 𝑀𝑥 𝑀𝑦 𝑀𝑧
励磁（伏特）10 10 10 10
增益4000 4000 4000 4000
零设定点（百分比）0.00 0.00 0.00 0.00
模拟灵敏度（mV/lb）
（有条件）
250.00 250.00 60.00 250.00 250.00 250.00
实际验证运行包括在称重传感器轴上创建振荡载荷
兴趣将每个重物放在称重盘上
weightpan无法解决，自定义数据收集脚本已启动。经过30秒后，
用手迅速将重物从秤盘上取下，随后弹簧
重量盘开始上下摆动。数据收集脚本为
仍在运行，并在额外的60秒内收集该数据。图4.2显示了
在取出之前，锅上的重量。偶尔，30分钟内收集到零个文件
以确保可以从称重传感器数据中去除适当的电偏移。
这些零在运行之间定期收集，如“运行前零”所示
列。在数据收集期间，数据收集脚本也是实时的
绘制了NI USB-6363仪器采集的电压信号，以确保质量
数据。
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创建了附录C表C.1所示的动态验证测试矩阵，以验证
随机顺序的八个不同权重。动态验证数据收集测试矩阵
每个验证重量包括五次运行。这个𝐹𝑦 首先测试轴，然后
这个𝐹𝑥 轴使用相同的程序。
（a） 信号打开𝐹𝑥 （b） 信号打开𝐹𝑦
图4.1。在称重传感器上施加力以进行动态验证。
图4.2。从配重盘上卸下配重。
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4.2波浪荷载收集程序
实验设置，如前一节所述。3.3，用于执行
测试。设置使用与动态验证相同的称重传感器。这
允许我们确保准确收集测试结果。圆柱体
放置在牵引箱中并连接到测试夹具上。已安装探头1-4
如前所述。表4.2显示了用于
测量波浪引起的载荷。
表4.2。实验测量的AMTI放大器设置。
配置信息
𝐹𝑥
（磅）
𝐹𝑦
（磅）
𝐹𝑧
（磅）
𝑀𝑥
（英寸磅）
𝑀𝑦
（英寸磅）
𝑀𝑧
（英寸磅）
平台容量250.00 250.00 500.00 500.00 250.00
放大器范围（最大值）20.67 20.89 81.43 30.34 14.90 21.42
放大器范围（最小值）−20.67−20.89−81.43−30.34−14.90−21.42
模拟输出（最大值）20.00 20.00 83.33 33.33 16.67 20.00
模拟输出（最小值）−20.00−20.00–83.33−33.33−16.67−20.00
当前配置
𝐹𝑥 𝐹𝑦 𝐹𝑧 𝑀𝑥 𝑀𝑦 𝑀𝑧
励磁（伏特）10 10 10 10
增益4000 4000 4000 2000 4000 4000
零设定点（百分比）0.00 0.00 0.00 0.00
模拟灵敏度（mV/lb）
（有条件）
250.00 250.00 60.00 150.00 300.00 250.00
用于测试的启动程序与动态验证启动程序相似，但有两个附加步骤。常见步骤包括输入
称重传感器和称重传感器的设置与
以前的设置，但𝑀𝑥 更大，以解释身体上的瞬间。poke测试
确保测力传感器响应负载并正确定向。与
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动态验证，未在称重传感器上执行硬件零点。第一个附加
步骤是通过从DC电源施加+24V来给波探头通电。这个
第二个附加步骤是使用提供的
控制软件。
与动态验证过程类似
MATLAB用于实时绘制和收集NI USB6363仪器的测试数据。每次测试运行包括首先启动造波器以生成
期望的波浪环境。然后，在等待初始波通过圆柱体之后
正文，数据收集程序已启动。数据收集时间为60秒
此时，采集程序显示采集通道的实时绘图。之前
在当天的第一次测试运行中，并且在测试过程中，会定期收集60个零文件
秒。与动态验证测试一样，此零文件允许电偏移
从数据中删除测压元件和波形探头
本论文的测试矩阵由多个测试序列组成。对于每个测试序列，
拖曳舱内的波浪环境是通过组合两个恒定振幅产生的
和频率规则的波浪，以创建不规则的海道。第一个规则的频率
波（表示为波1）在给定的测试序列中保持固定。在测试序列期间，
第二波（波2）的频率在感兴趣的范围内变化。然后，另一个
通过将波1的频率改变为新的固定值来进行测试序列。
总共进行了9个不同的测试序列，对应于第1波频率
这导致无量纲波长，𝜆/𝐿, 1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25，
2.50、2.75和3.00。在本研究中，测试序列在两个不同的波中进行
环境、基线波浪环境和大浪环境。基线
波环境由固定振幅为0.5英寸的波1和固定振幅为
1.0英寸的固定振幅。大波浪环境是波浪1和波浪
2都具有1.0英寸的固定振幅。附录D包含实验测试
显示测试波频率的完整组合的矩阵。
通过将两个波作为组合输入信号提供给
波发生器控制器。楔块的命令信号由等式4.1给出
哪里𝑐𝑖
是期望的楔形位移，𝜔𝑖
是期望的楔形频率，𝑡 是时间，
和𝜙𝑖
是𝑖
第h波分量。
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𝑧𝑤(𝑡) =
∑︁
2.
𝑖=1.
𝑐𝑖 罪(𝜔𝑖
𝑡) + 𝜙𝑖 (4.1)
给定测试序列内的所有测试均按随机顺序进行。测试矩阵
还显示了用于本研究的实际运行次数。所需的波频率和
振幅输入楔形参数文件。检查所有参数后
为了准确，造波器通过其软件启动，读取参数文件，然后
产生期望的波。
图4.3。物体和波浪行进方向的坐标系。
4.3不确定性来源
用于测试的主体的选定直径是一个折衷方案。如果阀体直径
太小，施加在身体上的力，特别是非线性力，会太大
小到无法准确测量。另一方面，如果身体直径太大
车身的横截面积将导致牵引箱中的堵塞和壁效应。这个
被测物体的直径为6英寸，导致了坦克的宽度(𝑊) 至阀体直径
(𝐷) 比率为6。Klamo等人[7]讨论了他们对波浪引起的线性
完全浸没的物体上的荷载𝑊/𝐷 比率为6和8。他们测量了相同的载荷
并得出结论，堵塞和壁效应对于较大的
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直径主体。本文还将线性负载与理论预测进行了比较
结果与理论一致。
这进一步证明了堵塞和壁效应是可以忽略的。
如果水下物体太接近自由表面，那么它将与通过的物体相互作用
波浪并使其破裂。这将导致身体承受不同的负荷。确保
身体不与波浪相互作用，测试在1.5直径的深度进行。
Turner、Klamo和Kwon[16]证明，当身体处于
自由表面以下1.0直径。此外，由于测得的线性载荷为
与康明斯的理论预测一致，自由表面效应也可以忽略不计。
本研究还涉及不确定性的最终来源是产生的波的重复性。所有需要的
产生的1英寸振幅波的实际振幅在0.8和1.1英寸之间。
所有期望的0.5英寸振幅波的实际振幅在0.6和0.4之间
英寸。本研究在图6.3中进一步详细讨论了波浪生成的重复性
第6章。
34
第5章：
数据缩减
5.1数据清理
这项研究收集了称重传感器和波探头的模拟输出电压
并将它们存储在一个单独的“.dat”文件中。使用清理了所有输出文件
从数据中删除电气偏移的自定义脚本。此清洁过程也适用
每个通道的增益值从测量电压转换为物理单位。最后
清洁过程还应用了称重传感器定向矩阵来校准局部称重传感器
与身体坐标系的坐标系，如图4.3所示。
5.2动态验证
图5.1显示了验证运行的数据示例。本次调查
每次运行约90秒。每次跑步的前30秒进行了验证
重量放在重量盘上，没有任何干扰。这为
在测试运行的这一部分中的每一次运行。30秒后，移除重物。这个
弹簧在移除导致振动的重物后开始振动
负载信号。
图5.1。负载时间历史示例（重量=0.30 lbs，信号开启𝐹𝑦).
本研究分析了稳定负载，以确定称重传感器的精度
测量静态负载。图5.2显示了图5.1中的稳定段示例
对于0.30磅的验证重量。调查使用了稳定段并计算
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该数据集的平均值。红线显示计算的平均值，即
大约0.255磅。验证过程将计算的平均值与
在测量静载荷时，用于估计称重传感器精度的验证权重
0.05至1.00磅。
图5.2。静态载荷配合数据输出示例（重量=0.30 lbs，信号
在…上𝐹𝑦).
在时间历史的振荡段期间收集的衰减正弦信号
适合
𝐹𝑖 = 𝛼e
(−𝛽𝑡)
余弦(𝜔𝑡 + 𝜙) + 𝛿 (5.1)
在最小二乘意义上，使用自定义MATLAB脚本。执行的自定义脚本
多个拟合，每个曲线使用两个数据周期进行拟合。图5.3显示了一个示例
得出的曲线与0.15磅验证重量的动态载荷数据吻合
𝐹𝑦 轴这两个循环拟合中的每一个都有颜色编码，以便于识别。
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图5.3。动态负载拟合数据输出（重量＝0.15磅，
信号打开𝐹𝑦).
求解方程5.1中的系数𝛼, 𝛽, 𝜔, 𝜙, 和𝛿, 在最小二乘意义上，结果
在非线性方程组中。此系统要求您迭代以确定
系数值。为了使迭代收敛到解决方案，需要合适的初始
每个系数的猜测。最初的猜测𝛼 是
振荡数据段。最初的猜测𝛽 通过观察
第二周期与第一周期相比。最初的猜测𝜔 是傅里叶变换
包含最多能量的频率。最初的猜测𝜙 是𝜋 如果第一点
为阴性，如果为阳性则为0。最后，对𝛿 为零。使用这些
最初的猜测，自定义编写的脚本使用迭代方法来确定
将方程5.1最佳拟合到所收集的衰减正弦波数据的系数值。一旦
曲线拟合过程完成，感兴趣的参数是𝛼 系数。
该值表示振荡力信号的振幅。该值当时为
与应用的验证权重进行比较，以确定称重传感器的精度
测量动态负载。该精度是在与
静态比较，0.05至1.00磅。 |
