[发明专利]基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶方法及系统有效
| 申请号： | 202110169795.9 | 申请日： | 2021-02-08 |
| 公开（公告）号： | CN112836410B | 公开（公告）日： | 2022-08-12 |
| 发明（设计）人： | 窦怡彬;李煜;陆云超;李宗阳;刘陆广 | 申请（专利权）人： | 上海机电工程研究所;上海神箭机电工程有限责任公司 |
| 主分类号： | G06F30/23 | 分类号： | G06F30/23;G06F119/14 |
| 代理公司： | 上海汉声知识产权代理有限公司 31236 | 代理人： | 胡晶 |
| 地址： | 201100 上海*** | 国省代码： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 基于 质量 间隙 结构 动力学 模型 方法 系统 | ||
1.一种基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶方法，其特征在于，包括：
步骤S1：对几何模型进行有限元网格划分，定义网格的单元属性和材料属性，设置边界条件，分别建立间隙状态和非间隙状态结构动力学模型；
步骤S2：在间隙状态结构动力学模型的质量矩阵上增加虚质量矩阵，得到包含虚质量的结构动力学模型；
步骤S3：对虚质量的结构动力学模型进行模态计算得到相应的模态矩阵Φf；
步骤S4：利用模态矩阵Φf对非间隙状态结构动力学模型进行第一次降阶，得到第一次降阶后的非间隙状态动力学降阶模型；
步骤S5：对第一次降阶后的非间隙状态结构动力学模型再次进行模态计算得到模态矩阵χb；
步骤S6：根据模态矩阵χb构造虚质量降阶模态矩阵Φb；
步骤S7：对第一次降阶后的非间隙状态动力学降阶模型进行二次降阶，得到最终的非间隙状态动力学降阶模型；
所述间隙状态结构动力学模型是指采用有限元方法建立的结构动力学模型，间隙状态结构动力学模型的刚度矩阵在相应的间隙自由度上无约束；
所述非间隙状态结构动力学模型是指采用有限元方法建立的结构动力学模型，非间隙状态结构动力学模型的刚度矩阵在相应的间隙自由度上存在约束刚度；
所述步骤S1包括：
所述间隙状态结构动力学模型：
其中，M表示质量矩阵；K表示刚度矩阵；x表示位移向量；表示加速度向量；
所述非间隙状态结构动力学模型：
其中，ΔK表示折线刚度矩阵，折线刚度矩阵只在相应的间隙自由度上有值，其余自由度为0；所述折线刚度矩阵通过地面静刚度试验测量得到；
所述步骤S2包括：
其中，Mf表示虚质量矩阵，所述虚质量矩阵Mf只在间隙自由度上有值，其余位置为0；
所述步骤S4包括：
令全阶位移x＝Φfξf，并将x＝Φfξf带入非间隙状态结构动力学模型中,对非间隙状态结构动力学模型进行第一次降阶：
其中，ξf表示广义位移；上标T表示转置；表示广义加速度；
所述步骤S5包括：
对第一次降阶后的非间隙状态结构动力学模型进行模态分析，并令第一次降阶后的非间隙状态结构动力学模型中质量矩阵归一化为单位矩阵，得到特征向量χb；
所述步骤S6包括：
Φb＝Φfχb (5)
其中，Φb表示虚质量降阶模态矩阵；
所述步骤S7包括：
其中，x＝Φbηb；ξf＝χbηb；ηb表示广义位移；表示广义加速度；上标T表示转置。
2.一种基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶系统，其特征在于，包括：
模块M1：对几何模型进行有限元网格划分，定义网格的单元属性和材料属性，设置边界条件，分别建立间隙状态和非间隙状态结构动力学模型；
模块M2：在间隙状态结构动力学模型的质量矩阵上增加虚质量矩阵，得到包含虚质量的结构动力学模型；
模块M3：对虚质量的结构动力学模型进行模态计算得到相应的模态矩阵Φf；
模块M4：利用模态矩阵Φf对非间隙状态结构动力学模型进行第一次降阶，得到第一次降阶后的非间隙状态动力学降阶模型；
模块M5：对第一次降阶后的非间隙状态结构动力学模型再次进行模态计算得到模态矩阵χb；
模块M6：根据模态矩阵χb构造虚质量降阶模态矩阵Φb；
模块M7：对第一次降阶后的非间隙状态动力学降阶模型进行二次降阶，得到最终的非间隙状态动力学降阶模型；
所述间隙状态结构动力学模型是指采用有限元方法建立的结构动力学模型，间隙状态结构动力学模型的刚度矩阵在相应的间隙自由度上无约束；
所述非间隙状态结构动力学模型是指采用有限元方法建立的结构动力学模型，非间隙状态结构动力学模型的刚度矩阵在相应的间隙自由度上存在约束刚度；
所述模块M1包括：
所述间隙状态结构动力学模型：
其中，M表示质量矩阵；K表示刚度矩阵；x表示位移向量；表示加速度向量；
所述非间隙状态结构动力学模型：
其中，ΔK表示折线刚度矩阵，折线刚度矩阵只在相应的间隙自由度上有值，其余自由度为0；所述折线刚度矩阵通过地面静刚度试验测量得到；
所述模块M2包括：
其中，Mf表示虚质量矩阵，所述虚质量矩阵Mf只在间隙自由度上有值，其余位置为0；
所述模块M4包括：
令全阶位移x＝Φfξf，并将x＝Φfξf带入非间隙状态结构动力学模型中,对非间隙状态结构动力学模型进行第一次降阶：
其中，ξf表示广义位移；上标T表示转置；表示广义加速度；
所述模块M5包括：
对第一次降阶后的非间隙状态结构动力学模型进行模态分析，并令第一次降阶后的非间隙状态结构动力学模型中质量矩阵归一化为单位矩阵，得到特征向量χb；
所述模块M6包括：
Φb＝Φfχb (5)
其中，Φb表示虚质量降阶模态矩阵；
所述模块M7包括：
其中，x＝Φbηb；ξf＝χbηb；ηb表示广义位移；表示广义加速度；上标T表示转置。
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