[發明專利]一種半主動顆粒阻尼減振系統及其混合建模分析方法

有效

• 申請號: 201410543153.0
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104331541B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 夏兆旺;魏守貝;溫華兵;方媛媛
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種半主動顆粒阻尼減振系統的混合建模分析方法，基于的系統由半主動顆粒阻尼器(1)、振動結構(2)、螺栓(3)和振動響應監測控制裝置組成，所述振動響應監測控制裝置由加速度傳感器(4)、DSP控制器(5)、恒流源電路(6)和直流電源(7)組成，所述半主動顆粒阻尼器(1)通過所述螺栓(3)安裝在所述振動結構(2)上，所述加速度傳感器(4)設置在所述振動結構(2)并與所述DSP控制器(5)相連接，所述的直流電源(7)通過恒流源電路(6)為所述半主動顆粒阻尼器(1)和所述DSP控制器(5)供電；其特征在于，所述方法包括如下步驟：

A、建立所述半主動顆粒阻尼器(1)的有限元模型，并根據顆粒大小、相對速度及所述半主動顆粒阻尼器(1)的孔腔尺寸，隨機生成顆粒的初始位置，并設置顆粒的初始速度為零；

B、利用有限元軟件計算所述振動結構(2)在激振力作用下一個時步的響應，并提取所述振動結構(2)響應點的位移、速度和加速度信息，提取所述振動結構(2)上響應點的加速度用于研究所述振動結構(2)的振動特性、提取所述振動結構(2)上孔腔周圍響應點的位移和速度用于計算孔腔與顆粒間的接觸力；

C、調用所述振動結構(2)上孔腔研究點的位移和速度，根據位移關系判斷阻尼器劃分網格后的各個網格內顆粒與所述振動結構(2)的孔腔壁是否接觸，若接觸，即根據疊合量和相對速度求出顆粒與所述振動結構(2)的孔腔壁之間的接觸力，采用離散元法計算在一個時步內顆粒在接觸力作用下顆粒的運動特性，求顆粒新的位移和速度，更新顆粒的位移和速度，并計算所述振動結構(2)的孔腔壁相應位置所受的接觸力；

D、將所述振動結構(2)的孔腔壁所受的接觸力賦予有限元軟件計算程序，計算所述振動結構(2)在激振力、磁場力和孔腔壁所受的接觸力共同作用下一個時步內的響應，并提取響應點的位移、速度和加速度信息；

E、根據計算時間判斷循環是否結束，計算時間小于設定的時間程序繼續計算執行步驟C、D和E，直至等于設定的時間，程序計算結束，輸出所述振動結構(2)響應點的加速度，否則繼續直到程序結束；

其中，步驟A所述的隨機生成顆粒的初始位置的方法是，以一定孔隙比為目標函數，按照顆粒大小及其分布規律在給定的空間區域生成顆粒；具體步驟是：首先采用隨機數生成器在給定區域內生成顆粒，再確定顆粒大小，然后生成所述顆粒的位置，當生成的顆粒位置與已存在顆粒或邊界重疊，則顆粒生成失敗，否則顆粒生成成功，然后生成下一個顆粒直至生成滿足所需要的顆粒數量；

步驟B所述的時步是根據瑞利波的傳播特性確定；

步驟C所述的接觸力是指所述半主動顆粒阻尼器(1)中的顆粒之間以及顆粒與孔腔壁之間的接觸力，采用赫茲粘彈性模型；所述的顆粒的運動特性的計算是，采用離散元法計算所述半主動顆粒阻尼器(1)中顆粒的運動，將散體顆粒看作為有限個基本單元的組合，根據單元間力的相互作用和牛頓運動定律，采用動態松弛法進行循環迭代計算，在每一個時步都更新單元的位置，并遍及整個單元集合，通過對每個顆粒接觸力及運動研究，求每個顆粒對所述振動結構(2)接觸力的合力，分析所述振動結構(2)在接觸力、激振力和磁場力共同作用下的運動特性；所述的劃分網格的劃分方法是，根據所述半主動顆粒阻尼器(1)中顆粒的大小和相對速度的大小，將所述半主動顆粒阻尼器(1)按孔軸向劃分為幾個柱形網格，當網格內顆粒數量大于50個時，將所述柱形網格沿徑向劃分為多個圓桶網格或將所述圓桶網格沿軸向劃分為多個單元網格，保證每個網格中包含的顆粒數量小于50個。