[發明專利]一種動態載荷識別方法

在審

• 申請號: 201811185968.0
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN111046600A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 夏亮;丁杰;王永勝;曾亞平;陳俊;彭宣霖;朱宇龍;臧曉斌;李振鵬;賀建軍
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張杰

1.一種動態載荷識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：根據被測對象建立相應的有限元模型；

S2：在所述有限元模型中確定載荷輸入點與載荷響應點的位置；

S3：通過模態計算對所述有限元模型進行模態特征值分析，得到模態振型矩陣；

S4：基于所述模態振型矩陣計算得到模態轉換矩陣，利用所述模態轉換矩陣通過位移轉換關系將物理坐標空間的動力學方程轉換成模態坐標空間的動力學方程；

S5：對所述模態坐標空間的動力學方程進行時域到頻域的轉換，得到頻率響應函數；

S6：將采集得到的載荷響應點的響應輸入到所述頻率響應函數中，通過對所述頻率響應函數進行矩陣求逆得到載荷輸入點的動態載荷，完成動態載荷識別。

2.根據權利要求1所述的動態載荷識別方法，其特征在于，所述步驟S4中的物理坐標空間的動力學方程表達式如下：

其中，M、C和K分別為被測對象的質量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣，{X}和{F}分別為被測對象的載荷響應點的物理位移和載荷輸入點的動態載荷，為對{X}中各元素分別進行二階偏導的結果，為對{X}中各元素分別進行一階偏導的結果。

3.根據權利要求1所述的動態載荷識別方法，其特征在于，所述步驟S3中的模態計算的表達式如下：

(K-ω²M){A}＝0

其中，K為剛度矩陣，M為質量矩陣，ω為被測對象的固有頻率，{A}為模態振型矩陣。

4.根據權利要求3所述的動態載荷識別方法，其特征在于，所述模態振型矩陣為根據對載荷響應貢獻程度選取的模態振型向量所組成的模態振型矩陣。

5.根據權利要求4所述的動態載荷識別方法，其特征在于，所述步驟S4中的描述位移轉換關系的表達式為：

{X}＝Φq

其中，{X}為被測對象的載荷響應點的物理位移，q為被測對象的載荷響應點的模態位移，Φ為模態轉換矩陣。

6.根據權利要求5所述的動態載荷識別方法，其特征在于，所述模態轉換矩陣是通過對模態振型矩陣{A}進行對角化計算得到的。

7.根據權利要求6所述的動態載荷識別方法，其特征在于，將所述步驟S4中的描述位移轉換關系的表達式帶入物理坐標空間的動力學方程表達式中，并在等式兩邊同時左乘Φ^T，得到模態坐標空間的動力學方程，表達式如下：

其中，表示被測對象的模態質量矩陣；表示被測對象的模態阻尼矩陣；表示被測對象的模態線性剛度矩陣；表示被測對象的輸入點的模態動態載荷，t為時間，q(t)表示在t時間被測對象的載荷響應點的模態位移，為對q(t)中各元素分別進行二階偏導的結果，為對q(t)中各元素分別進行一階偏導的結果。

8.根據權利要求7所述的動態載荷識別方法，其特征在于，所述步驟S5具體為：所述模態坐標空間的動力學方程進行傅里葉變換后的表達式如下：

(-jω²M+jωC+K){X(jω)}＝{F(jω)}

根據傅里葉變換后的表達式得到的頻率響應函數如下：

其中，H(ω)為傳遞函數矩陣，X(ω)為采集得到的載荷響應點的響應，F(ω)為動態載荷。

9.根據權利要求8所述的動態載荷識別方法，其特征在于，所述步驟S6具體為：

對所述頻率響應函數求逆得到動態載荷，表達式如下：

10.根據權利要求1所述的動態載荷識別方法，其特征在于，所述載荷響應點的數量大于所述載荷輸入點的數量；所述有限元模型的建立包括根據被測對象的實際安裝情況設定所述有限元模型的邊界條件，所述邊界條件包括剛性支撐或彈性支撐。