[發明專利]一種面向葉盤高保真動力學建模的界面減縮方法

在審

• 申請號: 202210435500.2
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114912192A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 姚建堯;賈子初;曹芝腑;梁道森;周向鑫
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 黃濤

1.一種面向葉盤高保真動力學建模的界面減縮方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、將葉盤模型劃分為葉片及輪盤兩類子結構模型，并得到對應的質量、剛度矩陣；

步驟二、通過對葉片及輪盤交界面選取節點，生成轉換矩陣，對葉片和輪盤分別進行一次減縮得到一次減縮模型；

步驟三、對一次減縮模型使用子結構法進行二次減縮，得到響應分析計算使用的二次減縮模型。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟二中的界面選點策略包括，基于均勻選取的前提下，在葉片及輪盤的交界面按照總界面節點數50％的比例選點，得到界面減縮節點集。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟二中按照以下三種策略中的一種選取界面節點：

(1)橫、縱向均進行的間隔均勻選點策略，即先橫向間隔地選取界面節點，再對這部分節點進行縱向的間隔選取；

(2)縱向的間隔均勻選點策略，即對界面節點進行縱向的間隔選取；

(3)橫、縱向的錯開的間隔均勻選點策略，即先對界面節點各行分別進行縱向錯開的間隔選點。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟二中，分別按照所述的三種策略進行選點，得到不同三種不同的界面減縮節點集，并分別得到相應的一次縮減模型；

在步驟三中，分別對三種不同的一次縮減模型進行二次縮減，得到三種不同的二次縮減模型；

還包括，利用三種不同的二次縮減模型進行模態分析，并取固有頻率相對誤差最小的一種用于響應分析計算。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，利用至少包含一個葉片子結構及其所在的部分輪盤子機構的局部輪盤模型得到三種不同的局部二次縮減模型進行模態分析，并取固有頻率相對誤差最小的一種二次縮減模型所對應的界面減縮策略，作為完成模型的界面選點策略。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟一中包括：

設子結構所受界面力為F_Γ，建立葉片及輪盤子結構各自的自由振動方程如下：

其中，X為坐標矩陣，M為質量矩陣，K為剛度矩陣，上標b、d分別表示葉片及輪盤子結構,為葉片界面力及輪盤界面力。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟二中的一次縮減包括，根據子結構自由度生成對應規模的單位陣，并根據界面節點選取結果將其轉化為減縮用的轉換矩陣，對某一自由度進行縮減時，按照對應自由度的行重新定義，對應自由度列刪除的方式生成葉片子結構和輪盤子結構的轉換矩陣進而得到整體結構的一次減縮矩陣為：

根據如下的坐標轉換關系：

將代入各子結構的自由振動方程中進行一次縮聚，得到如下的一次縮減模型：

其中，

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，步驟三所述的子結構法中，以輪盤作為主子結構，其界面處理選擇自由界面法；各葉片作為從子結構，界面處理選擇固定界面法，進而得到二次減縮模型。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述二次減縮包括如下步驟：

①對于葉片子結構，求解特征方程

得到葉片子結構主模態矩陣Φ^b，

其中，n為保留主模態階數；

并按如下方式約束模態矩陣Ψ^b：

而后得到二次減縮矩陣

進而得到二次減縮以后的葉片子結構的質量矩陣、剛度矩陣

②對于輪盤子結構，建立減縮前后的坐標轉換關系如下：

其中，為輪盤子結構一次減縮坐標；為二次減縮坐標；為輪盤子結構保留前n階主模態；Ψ_m為剩余m階高階模態集；

忽略慣性力的影響，將自由振動方程簡化為靜力方程，并將輪盤子結構的坐標轉換關系代入得，

其中，

剩余柔度矩陣由式求得

經推導得到輪盤的二次減縮矩陣為

式中，D為輪盤內部自由度，Γ為界面自由度，n為輪盤經特征方程計算后保留的前n階模態，I為單位方陣；

進而得到輪盤子結構的二次減縮質量矩陣、剛度矩陣為

③將二次減縮后的子結構進行裝配，得到系統的二次減縮矩陣為

根據界面位移協調條件，得到綜合后的葉盤減縮模型的質量矩陣和剛度矩陣分別為

其中，I為單位方陣。