[發明專利]一種獲取耦合損耗因子的數值方法

有效

• 申請號: 201710486165.8
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107368630B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 李彥斌;張鵬;費慶國;吳邵慶;楊軒;姜東
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及基于統計能量法的高頻動響應預示技術領域，具體涉及一種獲取耦合損耗因子的數值方法。

背景技術

航天器在任務周期內面臨嚴峻的高強、寬頻噪聲等環境，這可能造成結構失效或精密儀器、儀表失靈。因此，在航天器的設計過程中，需考慮高強、寬帶噪聲的影響。可采用試驗方法、理論方法和數值方法預示系統在高頻噪聲激勵下的動響應。其中，試驗方法能得到可靠的結果，但開展試驗分析的成本較高，設計周期長；理論方法只適用于簡單系統，難以解決復雜系統的動響應預示問題；數值方法對復雜系統有良好的適用性，是試驗分析的有效輔助手段。

統計能量法能有效預示噪聲環境下系統的高頻動響應，得到廣泛應用。基于統計能量法解決工程問題的工作量集中體現在構建統計能量法基本方程，包括子系統的劃分、子系統耦合關系的定義以及統計能量分析參數的獲取。子系統的劃分和子系統耦合關系的定義比較依賴工程人員的經驗；統計能量分析參數的獲取是統計能量法整個分析過程中極為重要的一環。耦合損耗因子是統計能量分析參數之一，準確獲取耦合損耗因子是基于統計能量法開展高頻動響應預示的必要條件。

發明內容

發明目的：針對高頻動響應預示方法——統計能量法中存在的問題，本發明公開了獲取耦合損耗因子的一種數值方法，該方法把模態能量法與功率輸入法結合，可考慮非共振模態間的功率傳輸的影響，能夠精確計算統計能量法中子系統間的耦合損耗因子。

技術方案：為實現上述技術效果，本發明提供的技術方案為：

一種獲取耦合損耗因子的數值方法，包括步驟：

(1)將系統劃分成連續耦合的子系統，并分別用位移模態和應力/聲壓模態描述耦合界面上相鄰的兩個子系統的振動特性；

(2)獲取各子系統的模態參數；

(3)計算相鄰子系統間的模態耦合參數；

(4)根據得到的各子系統的模態參數和相鄰子系統間的模態耦合參數，基于模態能量法構建各模態上的功率平衡方程，并根據功率平衡方程得到任意模態上載荷輸入功率與模態振動能量在頻域內的分布關系；

(5)向子系統施加激勵，計算分析頻帶內子系統上載荷的總輸入功率及子系統的總振動能量；

(6)建立統計能量法系數矩陣,并根據分析頻帶內子系統上載荷的總輸入功率及子系統的總振動能量計算子系統間的耦合損耗因子；統計能量法系數矩陣為：

其中，

P_N×N＝diag(P_t^k)

式中，η為統計能量法系數矩陣，η_k為子系統k的內損耗因子，η_kl為子系統k對子系統l的耦合損耗因子；N為子系統的個數，ω₀為分析頻帶Δω的中心頻率，上標“-1”表示矩陣的逆矩陣；P_N×N為系統輸入功率矩陣，diag()表示對角矩陣，括號內為對角矩陣元素，P_t^k為子系統k內所有模態受到單位激勵時分析頻帶Δω內子系統k上載荷的總輸入功率；E_N×N為系統能量響應矩陣，為只有子系統k內所有模態受到單位激勵時，分析頻帶Δω內子系統l的總振動能量。

進一步的，所述相鄰子系統間的模態耦合參數的計算公式為：

式中，γ_mn為位移模態m與應力模態n之間的耦合參數，為位移模態m的第i個分量，s為空間位置，為應力模態n的應力張量，n_j為應力模態n所在子系統在耦合邊界上單位外法向向量的第j個分量，S_c為相鄰子系統的耦合界面，M_m和M_n分別為模態m和模態n的模態質量。

進一步的，所述功率平衡方程為：