[发明专利]一种超声波除冰效果预测方法有效
申请号: | 201710372442.2 | 申请日: | 2017-05-24 |
公开(公告)号: | CN107291987B | 公开(公告)日: | 2020-04-24 |
发明(设计)人: | 王依兵;徐元铭;黄琦;雷育永 | 申请(专利权)人: | 北京航空航天大学 |
主分类号: | G06F30/20 | 分类号: | G06F30/20 |
代理公司: | 北京永创新实专利事务所 11121 | 代理人: | 赵文利 |
地址: | 100191*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 超声波 除冰 效果 预测 方法 | ||
1.一种超声波除冰效果预测方法,其特征在于,具体步骤如下:
步骤一、建立由超声波电源、功率放大系统和超声激振器组成的超声波除冰系统;
步骤二、针对待除冰层,定义表征待除冰层在待除冰设备的表面上剥离程度的损伤场变量D,具体表示为:
D=D(x1,x2,x3,t) (1)
损伤场变量D的取值范围为0~1,当其为0时表示界面完好无损,当其为1时表示结冰已经剥离;x1、x2、x3表示空间位置坐标;t表示时间变量;
步骤三、结合超声波除冰原理和实验规律,计算损伤场变量D的演化控制方程;
损伤场变量D的演化控制方程表示为:
其中,τ|interface表示界面层的横向剪切应力幅值,τth表示横向剪切应力门槛值,a和m分别为常数;
步骤四、根据损伤场变量D的定义,结合损伤场变量D的演化控制方程规律给出破冰准则;
首先,针对待除冰表面某一点,计算该点的冰层脱落时的损伤场变量;
此时损伤场变量D的值为1,公式如下:
其中,表示界面上某一点的空间坐标;T表示该点结冰剥离时间;
然后,将损伤场变量D的演化控制方程积分代入该点冰层脱落时的损伤场变量D中,推知破冰准则式;
破冰准则为包含除冰时间T的隐式方程,公式如下:
求解后能预测整个界面每个位置的除冰时间;
步骤五、根据超声波除冰系统的设计参数和待除冰结构的具体形式,在数值计算软件中建立数字模型,得到超声振荡器的最佳工作频率;
利用数值计算软件进行简谐振动计算,根据代表性节点的幅频特性曲线获得超声振荡器的最佳工作频率;
步骤六、在最佳工作频率下求解界面层的横向剪切应力场,并代入损伤场变量D的演化控制方程,获得任意时刻损伤变量场的分布;
步骤七、结合破冰准则式,获得实际待除冰设备的任意位置除冰时间的预测值,并绘制除冰效果预测图;
具体为:
步骤701、利用实际待除冰界面的剪切应力幅值τ|interface和损伤场变量D的演化控制方程预测除冰时间;
对式(2)积分后,除冰时间预测方程具体为:
D(t)=a(τ|interface-0.4)mt (5)
步骤702、将实际数值代入式(2),得到实际待除冰界面损伤场变量D的变化过程;
具体公式如下:
步骤703、将式(6)嵌入数值计算软件中并进行二次开发,逐一截取某时刻的损伤变量场的云图,绘制除冰效果预测图,得到此时的除冰效果。
2.根据权利要求1所述的一种超声波除冰效果预测方法,其特征在于,所述的步骤五中,得到超声振荡器的最佳工作频率方法如下:
步骤501、将待除冰表面结构和超声激振器按设计几何尺寸与材料性能在数值计算软件中建立数字模型;
步骤502、在建立的几何模型基础上划分网络,网络密度满足计算精度要求;
步骤503、在划分网络的基础上施加边界条件;
步骤504、在上述步骤的基础上,计算系统响应的结果,并在后处理程序中调取位移和应力节点结果,得到超声振荡器的最佳工作频率。
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