[发明专利]针对复杂薄壁结构件多模态时变切削振动的动力吸振器参数的优化方法

说明书

本发明涉及一种针对复杂薄壁结构件多模态时变切削振动的动力吸振器参数优化方法，包括：求解复杂薄壁结构件的动态特性，限定动力吸振器数量，限定每个动力吸振器的参数范围，在参数范围内选择每个动力吸振器的参数，计算结构件上所有刀具轨迹位置处的频响函数，并取中使频响函数幅值最大值最小的一组动力吸振器参数。本发明针对复杂薄壁结构件多模态时变切削振动，充分考虑了加工过程中诱发不同模态振动，固有频率变化以及模态敏感点迁移的问题，对包括固有频率比，阻尼比和位置等动力吸振器的参数进行全面的优化，保证每个动力吸振器在整个加工过程中全程的减振效果和效率，使得加工过程的振动得到有效控制，进而保证加工质量和效率。

技术领域

本发明属于阻尼减振技术领域，具体涉及一种针对复杂薄壁结构件多模态时变切削振动的动力吸振器参数优化方法。

背景技术

随着工业制造水平的发展，加工对象大型化和整体化是结构件制造过程的发展方向，这能够有效减轻结构重量、提高安全可靠性、降低制造和使用成本、缩短生产周期。但是在加工复杂薄壁结构件时，由于结构件几何形状复杂，导致动态响应特性复杂多变，刀具沿刀具路径行进时，加工位置的改变会激励不同位置不同阶模态振型的振动；刀具切削导致的材料去除，同时会改变结构件原本的固有频率和模态敏感点位置。这些出现在复杂薄壁结构件加工过程中的多模态时变切削振动问题，严重制约了当前复杂薄壁结构件的加工质量和效率。

通常，对于振动的控制可以采用的方法有：抑制振源强度、隔振、吸振、阻振和修改结构。其中吸振方法中最常用的是动力吸振器技术，亦称为调谐质量阻尼器，其通过质量和弹簧将主结构的振动吸收到吸振器中，并通过阻尼元素进行消耗。由于不需要改变被控对象结构、不需要能量输入以及结构元素简单，动力吸振器的理论和实践得到了广泛的研究，但其也具有控制频带窄、需要事先调优的缺点。诸如CN105975730A公开的一种用于弧形钢闸门的多调谐质量阻尼器减振设计方法，具体公开了根据弧形钢闸门的实际受力情况，通过优化确定多调谐质量阻尼器中单调谐质量阻尼器的个数，以及每个单调谐质量阻尼器的频率范围和阻尼比；每个单调谐质量阻尼器的位置则通过对弧形钢闸门进行模态应变能分析，得到需要安装阻尼器的区域，而在该区域内的安装则是随机的。虽然这样设计的多调谐质量阻尼器减振设计方法可以提高抑振效果并且改善鲁棒性，但是在针对复杂薄壁结构件加工过程中，时变的固有频率和模态敏感点位置、以及不同的振动模态，则会降低多调谐质量阻尼器的实际减振效果和效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对复杂薄壁结构件多模态时变切削振动的动力吸振器的参数优化方法，以解决现有技术中存在的由于多模态时变切削振动引起的多调谐质量阻尼器减振设计效果和效率丧失的技术问题。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种针对复杂薄壁结构件多模态时变切削振动的动力吸振器的参数优化方法，包括以下步骤：

第一步，根据复杂薄壁结构件的几何形状和结构特点，以及实际加工时复杂薄壁结构件的装夹和受力情况，通过振动分析方法，求解复杂薄壁结构件的动态特性(即解出复杂薄壁结构件各阶模态的固有频率和振型)。

第二步，根据复杂薄壁结构件的结构特点、振动特性和实际加工工时的限制，限定所使用的动力吸振器数量；根据所选择的阻尼器材料限定每个动力吸振器的参数范围(参数包括固有频率比、阻尼比和位置)。

第三步，根据所限定的参数范围，依次独立设置每个动力吸振器的参数(包括固有频率比、阻尼比和位置)。

第四步，计算复杂薄壁结构件上所有刀具轨迹位置处的频响函数，存储频响函数幅值的最大值。

第五步，判断频响函数幅值的最大值是否在所给定的参数范围内达到最小化。如果未达到最小化，则继续在参数范围内选择参数进行计算；如果达到最小化，则表明得到了每个动力吸振器优化的参数。