[發(fā)明專利]螺栓連接帶法蘭的圓柱殼結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)不確定性分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910153530.2
• 申請日: 2019-02-28
• 公開（公告）號: CN110020460B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬輝;李坤;付強(qiáng);柴清東
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京易捷勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發(fā)明屬于機(jī)械動力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種螺栓連接帶法蘭的圓柱殼結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)不確定性分析方法。該方法采用8節(jié)點(diǎn)退化殼單元，通過有限元方法建立了螺栓連接法蘭?圓柱殼的動力學(xué)模型；利用彈簧單元離散化建模模擬螺栓連接，并通過模態(tài)試驗(yàn)來驗(yàn)證所建模型的有效性；考慮螺栓連接剛度的不確定性，基于Chebyshev多項(xiàng)式代理模型和區(qū)間分析法，分別求解了柱坐標(biāo)系下5個(gè)方向的連接剛度為不確定性參數(shù)時(shí)的頻響函數(shù)區(qū)間范圍，在確定性固有頻率下，采用Monte?Carlo抽樣法求解其頻響函數(shù)區(qū)間范圍，并對比了兩種方法的求解精度和效率；最后，求解了多參數(shù)不確定性的系統(tǒng)頻響函數(shù)區(qū)間范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械動力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種螺栓連接帶法蘭的圓柱 殼結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)不確定性分析方法。

背景技術(shù)

圓柱殼由于具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、剛度大和質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而在航空航天、 海洋工程、管道、大型水壩和冷卻塔等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在實(shí)際工程中， 圓柱殼一般通過螺栓進(jìn)行連接，但螺栓連接結(jié)構(gòu)存在多種不確定性源，導(dǎo)致 其動力學(xué)特性變得更加復(fù)雜，因此，對螺栓連接不確定性研究具有重要意義。 其中，螺栓的預(yù)緊力、接觸面的制造誤差和螺栓松動等都是不確定性源，最 終導(dǎo)致其連接剛度具有不確定性。

目前，對于圓柱殼的動力學(xué)確定性研究較多，在建模方法上多采用有限 元法、解析法與傳遞矩陣法。此外，也有學(xué)者對采用螺栓連接的圓柱殼結(jié)構(gòu) 進(jìn)行了相關(guān)動力學(xué)特性研究。Yao等基于有限元法，采用薄層單元模擬螺栓 連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模，從而降低了多螺栓連接的航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣有限元 模型的復(fù)雜性。Marc等提出了一種新的塊狀模型，用于航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣中螺 栓法蘭非線性動力學(xué)分析，所提出的模型較基于接觸單元建立的模型，其計(jì) 算效率更高。Tang等采用半解析法，建立了螺栓連接圓柱殼結(jié)構(gòu)非線性動力 學(xué)模型，并分析了邊界連接參數(shù)對其動力學(xué)特性的影響。

然而，在實(shí)際工作中，隨著運(yùn)行環(huán)境的變化，圓柱殼動力學(xué)模型中很多 參數(shù)具有不確定性，使得其動力學(xué)特性也存在相應(yīng)的不確定性。Silva等基 于概率法，分析了物理和幾何參數(shù)不確定性對簡支圓柱殼非線性振動和穩(wěn)定 性的影響。Hakula等利用隨機(jī)方法求解不確定性參數(shù)下復(fù)雜殼體的頻響分 析，并用Monte Carlo法對其進(jìn)行了驗(yàn)證。值得說明的是，當(dāng)采用概率法進(jìn) 行不確定性分析時(shí)，不確定性參數(shù)的精確概率分布是很難獲取的。因此，一 種非概率方法-區(qū)間分析法被很多學(xué)者提出，并將其用于對轉(zhuǎn)子、車輛、齒 輪等的動力學(xué)不確定性分析。區(qū)間分析法對其具體的概率分布情況不做任何 假設(shè)，只需知道不確定性參數(shù)上下界，即參數(shù)具有“不確定但有界”特點(diǎn)。

基于以上文獻(xiàn)可知，對圓柱殼的確定性動力學(xué)研究較多，只有少量文獻(xiàn) 基于概率法對其進(jìn)行了不確定性研究，較少有文獻(xiàn)采用區(qū)間分析法對圓柱殼 的振動特性進(jìn)行不確定性研究。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有存在對圓柱殼的振動特性進(jìn)行不確定性分析少的技術(shù)問 題，本發(fā)明提供一種螺栓連接帶法蘭的圓柱殼結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)不確定性分 析方法。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

一種螺栓連接帶法蘭的圓柱殼結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)不確定性分析方法，其 采用8節(jié)點(diǎn)退化殼單元，通過有限元方法建立了螺栓連接法蘭-圓柱殼的 動力學(xué)模型；

利用彈簧單元離散化建模模擬螺栓連接，并通過模態(tài)試驗(yàn)來驗(yàn)證所 建模型的有效性；

考慮螺栓連接剛度的不確定性，基于Chebyshev多項(xiàng)式代理模型和區(qū) 間分析法，分別求解了柱坐標(biāo)系下5個(gè)方向的連接剛度為不確定性參數(shù) 時(shí)的頻響函數(shù)區(qū)間范圍，在確定性固有頻率下，采用Monte-Carlo抽樣法 求解其頻響函數(shù)區(qū)間范圍，并對比了兩種方法的求解精度和效率；

最后，求解了多參數(shù)不確定性的系統(tǒng)頻響函數(shù)區(qū)間范圍。