[發(fā)明專(zhuān)利]一種半主動(dòng)顆粒阻尼減振系統(tǒng)及其混合建模分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410543153.0
• 申請(qǐng)日: 2014-10-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104331541B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏兆旺;魏守貝;溫華兵;方媛媛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半主動(dòng)顆粒阻尼減振系統(tǒng)及其混合建模分析方法，屬于結(jié)構(gòu)減振降噪技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的顆粒阻尼減振技術(shù)是一種被動(dòng)阻尼技術(shù)，具有減振頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗老化、耐高溫高壓等惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。在近幾年的研究過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)在低頻段顆粒阻尼技術(shù)的減振效果不是很好，另外被動(dòng)阻尼技術(shù)難以適應(yīng)復(fù)雜的外界環(huán)境載荷的變化。

半主動(dòng)顆粒阻尼減振結(jié)構(gòu)，一方面能通過(guò)半主動(dòng)控制解決被動(dòng)顆粒阻尼在低頻域段減振效果差的難點(diǎn)，另一方面可以解決顆粒阻尼對(duì)復(fù)雜外界載荷的適應(yīng)性問(wèn)題。研究半主動(dòng)顆粒阻尼系統(tǒng)響應(yīng)的建模分析方法，對(duì)于推動(dòng)半主動(dòng)顆粒阻尼技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論意義。

目前關(guān)于半主動(dòng)顆粒阻尼減振技術(shù)的研究還局限于實(shí)驗(yàn)研究，理論研究未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。其主要原因是含半主動(dòng)顆粒阻尼減振系統(tǒng)的力學(xué)機(jī)理復(fù)雜，顆粒數(shù)量巨大使得采用有限元方法仿真帶顆粒阻尼減振系統(tǒng)的響應(yīng)的仿真速度很慢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服采用傳統(tǒng)的有限元建模分析方法仿真速度慢的不足之處，提供一種能夠快速對(duì)半主動(dòng)顆粒阻尼減振系統(tǒng)及其混合建模分析方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種半主動(dòng)顆粒阻尼減振系統(tǒng)，由半主動(dòng)顆粒阻尼器1、振動(dòng)結(jié)構(gòu)2、螺栓3和振動(dòng)響應(yīng)監(jiān)測(cè)控制裝置組成，其中所述振動(dòng)響應(yīng)監(jiān)測(cè)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(dòng)顆粒阻尼器1通過(guò)所述螺栓3安裝在所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2上，所述加速度傳感器4設(shè)置在所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2并與所述DSP控制器5相連接，所述的直流電源7通過(guò)恒流源電路6為所述半主動(dòng)顆粒阻尼器1和所述DSP控制器5供電。

本發(fā)明的一種半主動(dòng)顆粒阻尼減振系統(tǒng)的混合建模分析方法，包括如下步驟：

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

B、利用有限元軟件計(jì)算所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2在激振力作用下一個(gè)時(shí)步的響應(yīng)，并提取所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2響應(yīng)點(diǎn)的位移、速度和加速度信息，提取所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2上響應(yīng)點(diǎn)的加速度用于研究所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2的振動(dòng)特性、提取所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2上孔腔周?chē)憫?yīng)點(diǎn)的位移和速度用于計(jì)算孔腔與顆粒間的接觸力；

C、調(diào)用所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2上孔腔研究點(diǎn)的位移和速度，根據(jù)位移關(guān)系判斷阻尼器劃分網(wǎng)格后的各個(gè)網(wǎng)格內(nèi)顆粒與所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2的孔腔壁是否接觸，若接觸，即根據(jù)疊合量和相對(duì)速度求出顆粒與所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2的孔腔壁之間的接觸力，采用離散元法計(jì)算在一個(gè)時(shí)步內(nèi)顆粒在接觸力作用下顆粒的運(yùn)動(dòng)特性，計(jì)算顆粒一個(gè)時(shí)步內(nèi)新的位移和速度，更新顆粒的位移和速度，并計(jì)算所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2的孔腔壁相應(yīng)位置所受的接觸力；

D、將所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2的孔腔壁所受的接觸力賦予有限元軟件計(jì)算程序，計(jì)算所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2在激振力、磁場(chǎng)力和孔腔壁所受的接觸力共同作用下一個(gè)時(shí)步內(nèi)的響應(yīng)，并提取響應(yīng)點(diǎn)的位移、速度和加速度信息；

E、根據(jù)計(jì)算時(shí)間判斷循環(huán)是否結(jié)束，計(jì)算時(shí)間小于設(shè)定的時(shí)間程序繼續(xù)計(jì)算執(zhí)行步驟C、D和E，，直至等于設(shè)定的時(shí)間，程序計(jì)算結(jié)束，輸出所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2響應(yīng)點(diǎn)的加速度，否則繼續(xù)直到程序結(jié)束。

上述步驟A所述的隨機(jī)生成顆粒的初始位置的方法是，所述半主動(dòng)顆粒阻尼器1中的顆粒采用隨機(jī)生成顆粒的初始位置的方法，以一定孔隙比為目標(biāo)函數(shù)，按照顆粒大小及其分布規(guī)律在給定的空間區(qū)域生成顆粒。具體步驟是：首先采用隨機(jī)數(shù)生成器在給定區(qū)域內(nèi)生成顆粒，在確定顆粒大小，然后生成所述顆粒的位置，當(dāng)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(gè)顆粒直至生成滿足所需要的顆粒數(shù)量。

上述步驟B所述的時(shí)步是，根據(jù)瑞利波的傳播特性確定。

上述步驟C所述的顆粒的運(yùn)動(dòng)特性的計(jì)算是，采用離散元法計(jì)算顆粒的運(yùn)動(dòng)，將散體顆粒看作為有限個(gè)基本元件的組合，研究對(duì)象不同，離散元法的單元模型也不同。對(duì)所述半主動(dòng)顆粒阻尼器，單個(gè)顆粒(圓盤(pán)或球)為一個(gè)單元；當(dāng)所述半主動(dòng)顆粒阻尼器的所述顆粒為塊體時(shí)，單個(gè)塊體為一個(gè)單元。但是對(duì)于不同的單元模型，離散元法的原理和計(jì)算過(guò)程是相同的，即根據(jù)單元間力的相互作用和牛頓運(yùn)動(dòng)定律，采用動(dòng)態(tài)松弛法進(jìn)行循環(huán)迭代計(jì)算，在每一個(gè)步時(shí)都更新單元的位置，并遍及整個(gè)單元集合。通過(guò)對(duì)每個(gè)顆粒接觸力及運(yùn)動(dòng)研究，求每個(gè)顆粒對(duì)所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2接觸力的合力，分析所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)2在接觸力、激振力和磁場(chǎng)力共同作用下的運(yùn)動(dòng)特性。