[發明專利]耦合系統/結構的動力學分析方法和裝置

在審

• 申請號: 201810371104.1
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108536988A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 管迪華
• 申請（專利權）人: 管迪華
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京卓孚知識產權代理事務所(普通合伙) 11523
• 代理人: 任宇;熊雪梅

本發明公開了一種耦合系統的動力學分析方法和裝置。所述動力學分析方法包括以下步驟：a)建立耦合系統的模態綜合模型，進行耦合系統的復特征值計算分析，找出問題模態；b)針對分析出的問題模態進行子結構模態構成分析；c)針對所述問題模態，進行子結構模態參數靈敏度分析；d)針對所述問題模態，進行所述耦合系統的能量饋入分析；e)根據步驟b)中的子結構模態構成分析、步驟c)中的對問題模態影響的靈敏度分析和步驟d)中的能量饋入分析的結果，確定對于耦合系統的優化設計或修改方案，以便抑制或消除耦合系統的振動和噪聲；以及f)根據確定的優化設計或修改方案，對耦合系統的子結構或子部件進行參數匹配或參數修改以實現產品優化。

技術領域

本發明涉及基于耦合系統/結構的模態綜合模型的耦合系統/結構的動力學分析方法和裝置。

背景技術

隨著科技進步和發展，以及對產品性能的越來越高的要求，在各種技術領域中都會涉及到耦合系統(coupled systems)或耦合結構(coupled structure)的應用。耦合系統/結構通常包括多個子結構和/或子模塊，它們各自具有不同的機械特性、材料特性等等。例如，汽車的制動系統可以視為一個耦合系統，其是一個包括具有制動盤、制動鉗、支架等多個部件且包括摩擦耦合的更為復雜系統。因為其子結構或各部件的不一樣的機械特性和材料特性及由其功能所確定的幾何參數，對這種復雜的耦合系統所產生動力學問題的有效和精確的動力學分析是非常困難的，一直以來都是對各領域專家和技術人員的挑戰。

在現有技術中，對于復雜系統的動力學分析，在早期階段，由于計算能力和分析手段的匱乏，人們往往以試驗研究為主導。但是試驗研究并不能揭示系統的動力學機理，往往也不能得到準切的判斷。一旦系統中的某一部件或參數發生變化，就只能重新進行大量試驗。因此，人們試圖對系統建立各種數學模型和力學模型來進行動力學分析，希望對耦合結構的動力學機理在理論上有更本質的認知，及找出產生問題的設計因素，從而能夠更有效地優化產品設計構造。

特別是，振動噪聲問題是各種耦合系統所共同存在的技術問題。幾十年來的研究，雖然對一些問題的認識仍存在分歧，但在如何診斷問題和尋求抑制噪聲方法上已經取得很多共識，對產品進行改進以抑制噪聲的方法也有了長足的進步。其中建立在復特征值分析基礎上的頻域分析方法被認為是解決產品問題更為行之有效的方法。基于頻域分析方法的模型主要有直接的有限元模型和模態綜合模型兩種。有限元模型只能分析出單一獨立自變量或單一因素的影響，如部件機械特性(材料彈性模量、設計的少數幾何變量、摩擦片的摩擦系數等)及設計的簡單的幾何參數。而基于模態綜合模型則可通過研究的系統分析方法找出更為全面及更為準確的影響耦合系統發生振動的結構因素，從而大大降低反復制作及繁重的試驗工作量，降低開發合格產品的周期及耗時。

經過近年來的不斷研究，本申請人已經對復雜的耦合系統成功建立了模態綜合模型，但是由于耦合系統的結構以及模型的復雜性，如何運用該模態綜合模型以及如何分析其計算結果以有效地找出影響噪聲發生的耦合系統的結構設計因素，始終是科研人員所面對的、值得進一步探討和完善的技術問題。

發明內容

本發明的主要目的之一是提供一種基于模態綜合模型的耦合系統/結構的動力學分析方法和裝置，其能從耦合系統的動力學機理上有效地分析系統的動力學問題。

因此，對于耦合結構/系統，建立了包含系統設計因素的摩擦閉環耦合的模態綜合模型，研究表明，這種模型對于分析和尋找合理的設計參數匹配以解決系統的動力學問題，尤其是振動噪聲問題，是一種有效的途徑。本申請人基于長期的理論和實驗研究發現對于含有摩擦環節(例如汽車的制動器，但不限于此)的復雜耦合機電系統，振動噪聲產生的根本機理是摩擦閉合耦合系統的自激振動。

以下給出典型的耦合系統的數學方程，方程(1)給出了以空間坐標系{U}表出的多自由度的動力學方程：