[发明专利]一种同时辨识滑动副间隙的间隙值和间隙接触刚度的方法

说明书

本发明公开了一种同时辨识滑动副间隙的间隙值和间隙接触刚度的方法，步骤：在有限元软件中构建去除滑动副间隙后的线性结构，通过模态分析得到基础线性结构的特性矩阵；形成含滑动副的非线性结构扩展力的传递矩阵；对含滑动副间隙的非线性机械结构进行振动测试，测量该结构激励位置、滑动副间隙位置和参考位置处的位移响应信号以及激励力信号；根据上述信号，构建非线性结构时域非线性传递方程，得到结构中包含的滑动副间隙非线性力；根据滑动副的间隙非线性力的分段非线性表达式结合非线性最小二乘算法，对构建的目标函数进行优化计算，输出结果为间隙值和间隙接触刚度。本发明通过目标函数的优化计算实现了滑动副间隙值和间隙接触刚度同时辨识。

技术领域

本发明涉及一种非线性系统参数辨识领域，特别是涉及一种同时辨识滑动副间隙的间隙值和间隙接触刚度的方法。

背景技术

对于含滑动副的机械装备，由于零部件装配、润滑以及相对滑动的需要，滑动副结合面之间不可避免地存在间隙。一方面，由于加工误差以及装配误差等因素使得滑动副间隙参数具有不确定性。另一方面，由于机械装备服役过程中的磨损、热效应以及局部变形等因素又使得间隙参数具有可变性。/在这些因素的综合作用下，间隙参数往往会偏离设计的合理范围。滑动副间隙过小，会引起滑动机构卡死，从而导致机械装备工作失效。通过合适的方法辨识出含滑动副间隙的非线性结构的间隙值和间隙接触刚度，有助于了解该非线性机械结构的动态特性，并为控制或减弱滑动副间隙对机械装备性能的不良影响奠定基础。

目前，针对滑动副间隙的非线性结构，现有的辨识间隙值和间隙接触的刚度的方法为两步间隙参数辨识法，主要是首先通过改进的恢复力曲面法实现间隙值的识别，然后将其识别结果用以计算间隙非线性描述函数，并由此利用经典的非线性系数识别方法开展间隙接触刚度的识别。但是，这个方法需要将间隙值识别结果代入到间隙接触刚度的识别中，即间隙值的识别误差会降低间隙接触刚度的识别精度。

因此，现在亟需一种针对滑动副间隙非线性结构，同时辨识滑动副间隙的间隙值和间隙接触刚度的方法。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种同时辨识滑动副间隙的间隙值和间隙接触刚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在有限元软件中构建去除滑动副间隙后的基础线性结构，通过计算模态分析得到所述基础线性结构的特性矩阵；

步骤二：根据所述基础线性结构的特性矩阵，计算得到含滑动副间隙的非线性结构的扩展力传递矩阵；

步骤三：对所述含滑动副间隙的非线性结构进行振动测试，测量该结构激励位置、滑动副间隙位置和参考位置处的位移响应信号和激励力信号；

步骤四：根据所述测量得到的激励力信号和位移响应信号，采用正则化方法求解构建所述非线性结构的时域非线性传递方程，计算得到所述非线性结构的滑动副间隙非线性力；

步骤五：根据滑动副间隙非线性力的分段表达式与所述步骤四中计算得到的滑动副间隙非线性力结合非线性最小二乘算法进行优化计算，优化输出结果即为所述非线性结构的滑动副间隙的间隙值和间隙接触刚度。

优选的是，在步骤一中，所述线性结构的特性矩阵为去除滑动副间隙后的基础线性结构的质量矩阵M、刚度矩阵K和阻尼矩阵C_α。

优选的是，在步骤二中，非线性结构的扩展力f_ex＝[f f_nl]^T是指由激励力f以及间隙非线性力f_nl组成的非线性结构的外力。

优选的是，在步骤三中，在步骤三中，所述振动测试中由激励力所引起的最大位移响应幅值大于间隙值。

优选的是，在步骤二中，所述含滑动副间隙的非线性结构扩展力传递矩阵为：