[發明專利]基于脈沖響應函數的彈性連接子結構綜合方法

有效

• 申請號: 201410312912.2
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104036101A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 劉莉;董威利;周思達
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種彈性連接子結構綜合方法和算法，特別涉及一種基于脈沖響應函數的彈性連接子結構綜合和算法，屬于結構動力學技術領域。

背景技術

隨著航天技術的發展和對工程結構動態設計要求的提高，航天器結構系統變得日益復雜和龐大。在動態分析和優化設計過程中，由于模型自由度較多，不得不耗費大量的時間進行計算。另一方面，許多航天器在研制過程中往往需要不同地域甚至不同國家之間的合作，考慮到技術保護問題，合作雙方無法直接共享有限元模型。動態子結構方法就是為解決上述問題而發展起來的一種較為理想的方法。

自從1960年Hurty首次實現動態子結構(Dynamic?Substituting，DS)技術以來，經過半個世紀的發展動態子結構技術已經廣泛應用于工程領域，先后形成了三類方法：模態綜合(Component?Mode?Synthesis，CMS)法、頻域子結構(Frequency?Based?Substructuring，FBS)方法和基于脈沖的子結構(Impulse?Based?Substituting，IBS)即經典時域子結構方法。前兩種方法中，子結構的動力學特性分別由模態和頻率響應函數描述。IBS方法是Rixen于2010年提出的新型時域子結構方法，子結構的動力學特性由脈沖響應函數描述。IBS相對于其它兩種方法更適于瞬態沖擊動力學問題，目前已在海上風力發電機的振動分析和月球探測器的軟著陸動響應計算中得到了應用。

然而，Rixen的IBS方法中假設子結構之間的連接是剛性的，即兩個子結構的連接自由度的位移始終是相等的。這是一種理想條件下的假設，因為實際的連接件都是包含彈性的。一個高精度的結構動力學分析過程不僅需要建立準確的子結構模型，也要如實地反映子結構間的連接。如果剛性連接不能充分描述真實的連接，那么仿真計算得到的動響應結果必然與試驗結果相差甚遠。因此如何在經典的IBS方法中考慮連接件的彈性特性成為IBS技術的發展進程中必須解決的問題。

發明內容

本發明的目的是為解決傳統IBS方法不能真實反應子結構連接件的彈性特性從而導致整個系統的動力學響應分析失真的問題，提出一種時域子結構綜合過程中對彈性連接的描述方法，該方法拓展了IBS方法的適用范圍。

本發明方法的基本思路為：首先獲得各個子結構的脈沖響應函數矩陣；然后根據子結構間的連接關系建立子結構界面的相容條件(包括界面位移相容條件和界面力相容條件)以及連接件的運動方程；接下來利用界面力相容條件和脈沖響應函數矩陣建立子結構的運動方程；最后利用位移相容條件和連接件的運動方程將所有子結構的運動方程綜合起來，解得各個子結構的響應。

本發明的技術方案如下：

一種基于脈沖響應函數的彈性連接子結構綜合方法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟1：通過數值積分方法Newmark法或者試驗方法獲得每個子結構的脈沖響應函數矩陣H^(s)(t)，其中s表示子結構的序號，H^(s)(t)矩陣的元素表示系統第s個子結構的第j個自由度在脈沖激勵下第i個自由度的位移響應；

步驟2：彈性連接件的動力學描述，包括以下步驟：

步驟2.1：系統位移向量的分塊：

系統的位移向量用全體子結構的位移向量表示為：