[發(fā)明專利]一種復(fù)雜點(diǎn)式連接結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410594554.9
• 申請(qǐng)日: 2014-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN105631061B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊巍;高慶;盧鳳翎;梁德利;張皓;袁銳知
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京臨近空間飛行器系統(tǒng)工程研究所;中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 呂巖甲

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)雜點(diǎn)式連接結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模方法。包括如下步驟：確定結(jié)構(gòu)的零部件以及連接面；完成對(duì)不同零部件的分組處理和簡(jiǎn)化；針對(duì)結(jié)構(gòu)的零部件，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模；針對(duì)每個(gè)零部件，完成模型的初步確認(rèn)：針對(duì)點(diǎn)式連接面，對(duì)連接的前后面進(jìn)行細(xì)化建模，確定點(diǎn)式連接個(gè)數(shù)；確定點(diǎn)式連接點(diǎn)的位置參數(shù)；根據(jù)點(diǎn)式連接結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，建立相應(yīng)的梁?jiǎn)卧环謩e將梁?jiǎn)卧那昂蠖它c(diǎn)與前后連接結(jié)構(gòu)固定連接，分別約束6個(gè)自由度；調(diào)整連接梁?jiǎn)卧牟牧蠀?shù)；對(duì)連接梁?jiǎn)卧M(jìn)行參數(shù)優(yōu)化；進(jìn)行點(diǎn)式連接的動(dòng)力學(xué)建模，并驗(yàn)證該建模方法的有效性。本發(fā)明可以解決結(jié)構(gòu)整體動(dòng)力學(xué)特性分析過程中連接面建模的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)雜點(diǎn)式連接結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模方法。

背景技術(shù)

機(jī)械產(chǎn)品為了滿足各種功能需求，一般都不是整體成型，而是由非常多的部件通過連接面組成。如多級(jí)火箭有很多艙段連接而成。由于整機(jī)中包括了大量的連接面，所以除了結(jié)構(gòu)尺寸和材料屬性外，連接面對(duì)整機(jī)的動(dòng)態(tài)特性影響很大，有調(diào)查表明機(jī)械結(jié)構(gòu)中60％～80％的總動(dòng)剛度、90％的總阻尼都來自連接面，連接面的動(dòng)態(tài)特性研究是機(jī)械動(dòng)力學(xué)從零部件分析走向整體分析所面臨的重要技術(shù)問題之一。

在機(jī)械結(jié)構(gòu)中，點(diǎn)式連接是常見的一種連接方式，如螺栓和螺釘連接。在結(jié)構(gòu)整體建模中，點(diǎn)式連接面十分常見。在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析中，點(diǎn)式連接結(jié)構(gòu)的有限元分析屬于難點(diǎn)問題。由于結(jié)構(gòu)中存在大量的連接面，給建立整體有限元模型帶來相當(dāng)大的困難。長(zhǎng)期以來人們從理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。點(diǎn)式連接面的動(dòng)力學(xué)建模是研究連接面動(dòng)力學(xué)特性的重要手段。以火箭為例，其動(dòng)力學(xué)特性很大程度上取決于艙段連接面的動(dòng)特性，進(jìn)而決定控制系統(tǒng)是否能穩(wěn)定控制。因此，點(diǎn)式連接面的動(dòng)力學(xué)建模方法的研究，對(duì)于研究整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)特性具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)雜點(diǎn)式連接結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模方法，以解決結(jié)構(gòu)整體動(dòng)力學(xué)特性分析過程中連接面建模的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種復(fù)雜點(diǎn)式連接結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模方法，包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)整體結(jié)構(gòu)形式，確定結(jié)構(gòu)的零部件以及連接面；

步驟2：將結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入有限元前處理軟件中，完成對(duì)不同零部件的分組處理和簡(jiǎn)化；

步驟3：針對(duì)結(jié)構(gòu)的零部件，根據(jù)提供的結(jié)構(gòu)尺寸和材料屬性，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用不同的有限元單元，完成對(duì)結(jié)構(gòu)零部件的動(dòng)力學(xué)建模；

步驟4：針對(duì)每個(gè)零部件，完成模型的初步確認(rèn)：確認(rèn)結(jié)構(gòu)的尺寸、材料參數(shù)，并進(jìn)行初步分析，確定有限元模型的質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)與結(jié)構(gòu)特性一致；

步驟5：針對(duì)點(diǎn)式連接面，對(duì)連接的前后面進(jìn)行細(xì)化建模，確定點(diǎn)式連接個(gè)數(shù)；

步驟6：根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定點(diǎn)式連接點(diǎn)的位置參數(shù)；

步驟7：在步驟6中確定的連接點(diǎn)位置上，根據(jù)點(diǎn)式連接結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，建立相應(yīng)的梁?jiǎn)卧?/p>

步驟8：利用MPC多點(diǎn)約束，分別將梁?jiǎn)卧那昂蠖它c(diǎn)與前后連接結(jié)構(gòu)固定連接，分別約束6個(gè)自由度；

步驟9：根據(jù)點(diǎn)式連接的材料屬性，調(diào)整連接梁?jiǎn)卧牟牧蠀?shù)；

步驟10：對(duì)連接梁?jiǎn)卧M(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，變量為彈性模量，關(guān)注的目標(biāo)為整體結(jié)構(gòu)的固有頻率，當(dāng)彈性模量接近某一值時(shí)，整體結(jié)構(gòu)的固有頻率已基本穩(wěn)定，取此時(shí)的材料參數(shù)為點(diǎn)式連接面的建模參數(shù)；

步驟11：利用步驟10中確定的參數(shù)進(jìn)行點(diǎn)式連接的動(dòng)力學(xué)建模，并預(yù)示整體固有頻率，并與結(jié)構(gòu)的模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證該建模方法的有效性。

所述步驟2中結(jié)構(gòu)模型為proe或catia結(jié)構(gòu)模型。