[發明專利]一種機械結構在基礎激勵下的響應特性分析方法

有效

• 申請號: 201910546452.2
• 申請日: 2019-06-18
• 公開（公告）號: CN110457740B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 馬輝;曾勁;趙晨光
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理有限公司 11613
• 代理人: 韓國勝

本發明屬于旋轉梁動力特性研究技術領域，尤其涉及一種機械結構在基礎激勵下的響應特性分析方法。該方法包括以下步驟：將機械結構的動力學分析退化成對受到基礎激勵的旋轉懸臂梁模型的動態特性的分析；通過漢密爾頓原理和有限元方法將基礎激勵下旋轉懸臂梁模型離散成一系列的鐵木辛柯梁段；通過固有頻率和基礎激勵響應的比較證明旋轉懸臂梁模型的正確性。該方法采用了較為簡化的數學模型，并且此分析方法具有較高的精確性。

技術領域

本發明屬于旋轉梁動力特性研究技術領域，尤其涉及一種機械結構在基 礎激勵下的響應特性分析方法。

背景技術

很多學者對旋轉梁的動力特性進行了大量的研究，通過對此研究能 夠對機械設計過程的中選材、結構的設置具有指導意義，但就我們所知， 目前的研究大多局限于模態特性的分析，而對扭轉振動的振動響應，特 別是在外力作用下的扭轉振動的振動響應研究較少。另外，采用有限元 方法并考慮旋轉效應(科氏力效應，剛化效應，軟化效應和角加速度效應) 時，很少有人考慮梁的彎-擺-軸-扭耦合影響，特別是在模擬梁的扭轉振 動時計算精度較差。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對現存的動力特征分析精確性差的技術問題，本發明提供一種機 械結構在基礎激勵下的響應特性分析方法。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

一種機械結構在基礎激勵下的響應特性分析方法，其包括以下步 驟：

將機械結構的動力學分析退化成對受到基礎激勵的旋轉懸臂梁模型 的動態特性的分析；

通過漢密爾頓原理和有限元方法將基礎激勵下旋轉懸臂梁模型離散 成一系列的鐵木辛柯梁段；

通過固有頻率和基礎激勵響應的比較證明旋轉懸臂梁模型的正確 性。

(三)有益效果

本發明的有益效果是：本發明提供的一種機械結構在基礎激勵下的 響應特性分析方法，采用了較為簡化的數學模型，并且此分析方法具有 較高的精確性。

附圖說明

圖1為旋轉雙錐度懸臂預扭梁的有限元離散：其中，圖1(a)某航空 發動機一級風扇葉片，圖1(b)梁的離散模型，圖1(c)歐拉角的三個坐 標系圖；

圖2為γ(L)對扭轉剛度和固有頻率的影響：圖2(a)對扭轉剛度的影 響，圖2(b)對固有頻率的影響；

圖3為旋轉雙錐度懸臂預扭梁有限元模型；

圖4為寬度錐度τ_b值對固有頻率的影響；

圖5為在γ(L)＝45°，β₀＝0°，τ_b＝0.3和n＝10000r/min時的振動響應： (a)X向，(b)Y向，(c)Z向，(d)θ向；

圖6為安裝角對一階動頻的影響：(a)Y_I，(b)Z_I，(c)θ_I；

圖7為預扭角對一階動頻的影響：(a)Y_I，(b)Z_I，(c)θ_I；

圖8為幅頻響應曲線：(a)X，(b)Y，(c)Z，(d)θ；

圖9為一階彎曲動頻曲線；

圖10為不同安裝角和轉速下的常值分量：(a)X方向，(b)θ方向；