[發明專利]多功能結構的動力學參數確定方法

有效

• 申請號: 201610303792.9
• 申請日: 2016-05-10
• 公開（公告）號: CN106055733B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 郝東;李東旭;廖一寰;劉望;蔣建平
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 陳立新

技術領域

本發明涉及結構動力學分析技術領域，具體的涉及一種多功能結構動力學參數確定方法。

背景技術

在航天器使用過程中，常需使用多功能結構，該多功能結構常需具有承載、減震、保護具體模塊等多種功能。同時還需適應在軌環境下的多種極端條件。多功能結構的組成通常都比較復雜，即有剛度較大的復合材料部件，又有剛度較小的非線性粘彈性部件，這使得該結構的動力學特性通常較復雜，動力學參數難以準確確定。目前，現有的動力學參數確定方法大多僅適用于結構單一、力學特性單一的結構體，例如分量分析法、導納圓辨識方法等。這些方法均無法適用于既包含彈性部件又包含高剛度構建的結構體。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種多功能結構動力學參數確定方法。

本發明提供一種多功能結構動力學參數確定方法，包括以下步驟：

步驟S100：根據彈性塊單軸壓縮試驗數據，通過非線性最小二乘擬合，計算得到彈性塊超彈性本構模型參數：

W＝C₁₀(I₁-3)+C₀₁(I₂-3) (1)

其中，C₁₀和C₀₁為待確定的模型參數，I₁為第一應變不變量，I₂為第二應變不變量，W為應變能密度函數；

根據非線性固體力學理論，得出單軸變形模式下的超彈性模型應力-應變關系：

其中，σ為超彈性模型的應力，ε為超彈性模型的應變；

C₁₀和C₀₁參數的確定方法：在步驟S100中，通過彈性墊單軸壓縮試驗數據和非線性最小二乘擬合，結合公式(2)，擬合得到彈性塊超彈性本構模型參數C₁₀和C₀₁；

步驟S200：根據無彈性墊作用時的多功能結構加速度掃頻試驗數據，將彈性塊超彈性本構模型參數C₁₀和C₀₁代入如公式(3)所示的只考慮彈性塊作用的多功能結構動力學模型中， 計算得到加速度頻響曲線的一階峰值頻率和幅值，將仿真計算結果與試驗測量結果的誤差作為目標，

其中，為質量矩陣，為阻尼矩陣，為復剛度矩陣，δ為自由度矢量，F為載荷矢量，

采用優化算法得到如公式(4)所示的彈性塊粘彈性本構模型中的各待定參數：

其中，ω為角頻率，i為虛數單位，E₀、E_∞、α、β和τ為待確定的模型參數，且0＜α、β＜1；

其中，彈性塊粘彈性本構模型中α、β、τ、E_∞和E₀參數確定方法包括以下步驟：

(1)初始化粘彈性本構模型參數E₀、E_∞、α、β和τ；

(2)將所得C₁₀、C₀₁、E₀、E_∞、α、β和τ代入只考慮彈性塊作用的多功能結構動力學模型中；

(3)仿真計算加速度頻響曲線；

(4)仿真計算加速度頻響曲線的峰值頻率f_n和幅值H(f_n)與試驗測量的峰值頻率f_{n_Exp}和幅值H_Exp(f_n)的誤差和將min{F₁+F₂}作為目標函數；

采用遺傳算法對E₀、E_∞、α、β和τ進行優化求解得到粘彈性模型參數E₀、E_∞、α、β和τ；