[发明专利]一种基于有效碰撞耗能计算的多颗粒阻尼器减振机理分析方法

说明书

本发明公开一种基于有效碰撞耗能计算的多颗粒阻尼器减振机理分析方法，基于颗粒团相对于空腔的不同运动状态，建立了“有效碰撞”模型，同时借助颗粒阻尼离散元程序(DEM)追踪颗粒与空腔在任意时间的运动状态与轨迹，给出不同响应加速度条件下颗粒团相对于空腔的宏观运动状态描述及各类能量耗散占能量交换总量的百分比，更为清晰地显示了各加速度条件下颗粒阻尼的减振机理。本发明利用DEM对已公开发布的试验进行了数值模拟，显示了较高的准确度，验证了模型的有效性。

技术领域

本发明属于被动减振技术数值仿真领域，具体为一种基于有效碰撞耗能计算的多颗粒阻尼器减振机理分析方法。

背景技术

由于极宽的温度适用范围，颗粒阻尼常被用于航空航天领域中极端工况下的振动抑制，并显示出很好的减振效果。已有研究表明，颗粒阻尼的减振效果可被绘制成随结构响应加速度量级变化的特征曲线，且具有高度非线性。为更好开展颗粒阻尼器设计，就必须对颗粒阻尼减振机理进行细致分析，找出影响减振效果的最大因素并加以利用。曾有研究者将阻尼器中所有离散颗粒等效为一个光滑的“集中质量”，利用颗粒与空腔碰撞次数的变化定性解释颗粒阻尼特征曲线的变化趋势。颗粒与空腔的碰撞次数可以体现两者之间发生动量交换的频次，但并不是只要颗粒与空腔发生碰撞，颗粒就会对空腔做负功，碰撞次数越多，也并不能完全表明颗粒对空腔所做的负功越多，阻尼器的减振效果越好。另外，从颗粒碰撞次数这种过于细观的角度去解释颗粒团体现出的宏观减振效果也还缺少一些可以反映颗粒宏观运动状态的参数作支撑，说服力不足。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于有效碰撞耗能计算的多颗粒阻尼器减振机理分析方法，是一种建立可定量反映颗粒阻尼器在工作状态下伴随发生的各类能量交换，及其内部颗粒团相对于空腔宏观运动状态的数值仿真方法，既可反映颗粒阻尼器内部颗粒与主结构宏观作用状态，又可给出各类能量耗散占总能量交换百分比，很好地解释了颗粒阻尼呈现出高度非线性特点的内在能量交换机理。

本发明基于有效碰撞耗能计算的多颗粒阻尼器减振机理分析方法，具体步骤如下：

步骤一：建立颗粒阻尼器数值仿真模，包括颗粒阻尼器的空腔参数与颗粒参数；

步骤二：利用离散单元法求解颗粒阻尼器响应，得到颗粒作用与空腔的作用力，并更新外部作用力及空腔运动状态；

步骤三：基于有效碰撞模型的定义和强迫振动条件下特征曲线的提取两方面，提取能量耗散及有效碰撞状态参数曲线。

本发明的优点在于：本发明基于有效碰撞耗能计算的多颗粒阻尼器减振机理分析方法，基于有效碰撞模型，可追踪颗粒与空腔在任意时间的运动状态与轨迹，给出不同响应环境下颗粒团相对于空腔的宏观运动状态描述，进而求得各类能量耗散占能量交换总量的百分比，更为清晰地显示了各加速度条件下颗粒阻尼的减振机理。

附图说明

图1为本发明基于有效碰撞耗能计算的多颗粒阻尼器减振机理分析方法流程图；

图2为DEM仿真程序的基本振动模型。

图3为颗粒与空腔碰撞示意图；

图4(a)为颗粒间碰撞示意图；

图4(b)为颗粒与空腔之间的碰撞示意图；

图5为单个周期内颗粒对空腔所做功的分类。

图6为数值结果与试验值的比较。

图7为强迫振动条件下特征曲线与总耗能比曲线的比较。

图8为强迫振动条件下的能量分析曲线。

图9为Γ＝5.35时，监测颗粒与空腔沿水平方向的速度时域响应曲线。

图10为Γ＝188.50时，监测颗粒与空腔沿水平方向的速度时域响应曲线。

具体实施方式