[發(fā)明專利]一種固支梁多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)譜計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111424527.3
• 申請(qǐng)日: 2021-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114065547A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫慶昕;麻連凈;高貴福;寧國(guó)棟;劉鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京機(jī)電工程研究所
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/17;G06F17/13;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11386
• 代理人: 劉鏡

本發(fā)明涉及一種固支梁多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)譜計(jì)算方法，屬于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)中單自由度系響應(yīng)譜計(jì)算不能滿足要求工程實(shí)際的問(wèn)題。該方法包括如下步驟：選取具有等截面的柔性梁試件，在試件兩端輸入不同的正弦振動(dòng)，據(jù)此構(gòu)建出固支梁物理模型；獲取試件在不同位置處的輸入激勵(lì)；基于固支梁的動(dòng)力學(xué)控制微分方程，獲取試件在正弦振動(dòng)激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)求解方程；基于試件的輸入激勵(lì)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)求解方程，獲取試件在不同位置處的振動(dòng)響應(yīng)并從中選取響應(yīng)值最大的作為最大振動(dòng)響應(yīng)；基于所述最大振動(dòng)響應(yīng)和多自由度系統(tǒng)極限響應(yīng)譜計(jì)算方程和疲勞損傷譜計(jì)算方程獲取試件的極限響應(yīng)譜和疲勞損傷譜。本方法能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)譜計(jì)算，更貼合工程實(shí)際。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種固支梁多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)譜計(jì)算方法。

背景技術(shù)

對(duì)于力學(xué)環(huán)境來(lái)講，有兩項(xiàng)原則可以比較其嚴(yán)酷度，且分別對(duì)應(yīng)于力學(xué)環(huán)境的兩種破壞機(jī)理，大量值瞬態(tài)沖擊或劇烈的振動(dòng)可能產(chǎn)生過(guò)應(yīng)力破壞，造成結(jié)構(gòu)和器件的失效；多次的沖擊或連續(xù)振動(dòng)會(huì)造成產(chǎn)品的疲勞損傷累積，并產(chǎn)生疲勞失效。這兩種原則這兩種原則催生了兩類曲線，即極限響應(yīng)譜與疲勞損傷譜。二者的實(shí)際值并無(wú)實(shí)際的物理意義，但其可用于比較不同振動(dòng)歷程對(duì)產(chǎn)品造成的影響，定量描述被測(cè)產(chǎn)品承受的最大振動(dòng)應(yīng)力和由振動(dòng)產(chǎn)生的疲勞損傷，對(duì)于試驗(yàn)規(guī)范及試驗(yàn)剖面的制定具有重大意義，例如，可以通過(guò)現(xiàn)有的試驗(yàn)譜及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算極限響應(yīng)譜及疲勞損傷譜，用于判斷已有的試驗(yàn)譜是否過(guò)于嚴(yán)苛或者存在考核不到位的問(wèn)題。

綜合極限響應(yīng)譜與疲勞損傷譜的概念可以認(rèn)為，二者可將對(duì)象或產(chǎn)品簡(jiǎn)化為單自由度系統(tǒng)，用以比較不同振動(dòng)歷程對(duì)該對(duì)象或產(chǎn)品的影響，但這種概念并沒(méi)有結(jié)合具體的產(chǎn)品或試件進(jìn)行針對(duì)性分析。而在實(shí)際的工程應(yīng)用中，產(chǎn)品或試件往往是多自由系統(tǒng)，單自由度系不能滿足要求工程實(shí)際，不能籠統(tǒng)的將多自由度系統(tǒng)簡(jiǎn)化為單自由度系統(tǒng)進(jìn)行分析。若能基于多自由度系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，對(duì)多自由度系統(tǒng)試件尋找其響應(yīng)表征，以取代假設(shè)為單自由度系統(tǒng)中相對(duì)位移的響應(yīng)，進(jìn)而計(jì)算振動(dòng)歷程對(duì)該對(duì)象的極限響應(yīng)譜與疲勞損傷譜，能夠更加準(zhǔn)確的分析振動(dòng)信號(hào)在經(jīng)夾具傳遞后對(duì)試件造成的極限響應(yīng)與疲勞損傷累積效果，進(jìn)一步評(píng)估試驗(yàn)水平。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明實(shí)施例旨在提供一種固支梁多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)譜計(jì)算方法，用以解決現(xiàn)有單自由度系響應(yīng)譜計(jì)算不能滿足要求工程實(shí)際的問(wèn)題。

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種固支梁多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)譜計(jì)算方法，包括如下步驟：

選取具有等截面的柔性梁試件，在試件兩端輸入不同的正弦振動(dòng)，據(jù)此構(gòu)建出固支梁物理模型；

獲取試件在不同位置處的輸入激勵(lì)；

基于固支梁的動(dòng)力學(xué)控制微分方程，獲取試件在正弦振動(dòng)激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)求解方程；

基于試件的輸入激勵(lì)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)求解方程，獲取試件在不同位置處的振動(dòng)響應(yīng)并從中選取響應(yīng)值最大的作為最大振動(dòng)響應(yīng)；

基于所述最大的振動(dòng)響應(yīng)和多自由度系統(tǒng)極限響應(yīng)譜計(jì)算方程和疲勞損傷譜計(jì)算方程獲取試件的極限響應(yīng)譜和疲勞損傷譜。

進(jìn)一步，所述試件兩端輸入的正弦振動(dòng)頻率相同，包括以下三種：

兩端輸入的正弦振動(dòng)幅值相同，相位不同；

兩端輸入的正弦振動(dòng)幅值不同，相位相同；

兩端輸入的正弦振動(dòng)幅值不同，相位不同。

進(jìn)一步，通過(guò)如下公式獲取試件在不同位置處的輸入激勵(lì)：

式中，a_x為試件在不同位置處的輸入激勵(lì)，L為試件的長(zhǎng)度，x為距試件左端點(diǎn)的距離，A1、A2為試件左右兩端輸入的正弦振動(dòng)的幅值，為試件左右兩端輸入的正弦振動(dòng)的相位，ω為試件左右兩端輸入的正弦振動(dòng)的圓頻率。