[发明专利]一种计算结构系统实测规范化模态灵敏度的新型方法在审

专利信息
申请号: 202111232869.5 申请日: 2021-10-22
公开(公告)号: CN113962002A 公开(公告)日: 2022-01-21
发明(设计)人: 张淼;于澜;张欣;曹萍 申请(专利权)人: 长春工程学院
主分类号: G06F30/13 分类号: G06F30/13
代理公司: 北京市盛峰律师事务所 11337 代理人: 于国富
地址: 130012 *** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 一种 计算 结构 系统 实测 规范化 灵敏度 新型 方法
【说明书】:

发明提供了一种计算结构系统实测规范化模态灵敏度的新型方法,获取结构系统的质量矩阵和刚度矩阵;调整实模态和左特征向量的元素,使其满足规范化条件;选定一个或多个设计参数,所述设计参数包括几何参数、物理参数、基于子结构参数和通用元素,再分别计算实模态对设计参数的一阶灵敏度和二阶灵敏度。本发明中所提供的方法只需采用公式化的递推形式,容易编程实现;不需要任何数值技术,能提供一种稳定的精度,这使得它在大规模工程结构的应用,包括在结构优化设计、模型修正、结构损伤识别、结构振动控制中具有良好的操作性和实用性。

技术领域

本发明涉及模态规范化技术领域,尤其涉及一种计算结构系统实测规范化模态灵敏度的新型方法。

背景技术

模态振型表示结构各空间点之间的相对位移关系,是一组位移比,按其本意它不是绝对确定的量,并且没有单位,然而频响函数是有单位的,其数值是确定的。或者说,实验结构的留数是唯一的,它从实测的频响函数中直接被估算出来,它的各个分量之间的比值是唯一的,但各分量的大小并非唯一,随模态比例因子的不同而变化。这就要求对模态振型的取值方法作出适当的人为的规定,使其具有确定的数值,便于工程操作(结构优化设计、模型修正、结构损伤识别、结构振动控制)之间的交流和统一。如果选取适当的模态比例因子,即为模态振型规范化(或称为正则化、归一化),常用的规范化方法有:(1)令模态比例因子为1;(2)令各阶模态的幅值最大的元素为1;(3)令各阶模态的模为1;(4)令各阶模态的某个元素为1;(5)令各阶模态质量为1,即为质量归一化方法。

现有的对结构进行的工程操作中,所使用的模态识别技术中的规范化条件是以(第5种)最为常见,作为后续工程操作的约束条件,目前已经形成了成熟且广泛的操作规范。事实上,系统的各阶特征向量之间是关于质量和刚度矩阵正交的,这一性质是质量归一化方法作为最常见的约束条件的重要原因,之前的模态灵敏度分析算法的开发遵循了这一趋势。

结构分析的基本目标之一是把能由实测数据检验的结构的分析模型公式化,这个模型一开始常常不能产生基频和模态振型,继而必须引入一个迭代循环来调整那个分析模型,直到分析和实验的数据相互匹配。如果没有灵敏度的参与,这一调整过程很难得到充分的执行。近年来有许多程序得到发展,但没有一个能被普遍接受的程序出现,尽管有些程序在一些特殊的应用中是很成功的,一些方法尝试从不完全的模态数据中建立刚度矩阵,应用最小二乘优化技术来获得期待的性质矩阵,另一些方法则是用截断泰勒展开式,在修正过程中围绕一个已知点展开每一项,然后求近似解的矩,特别是中值和方差。

实际上,在多数参数化的结构分析工作中,都离不开一个或多个非线性规划模型的建立和求解,在此过程中,数据和建模的精度是需要考虑的重点。二阶灵敏度的计算正是多样化信息的来源,可以提供精度上的必要支持。不仅如此,在与非线性规划求解有关的算法中,对海森矩阵的精确或近似表达几乎是必不可少的步骤。但是全模态法在工程应用中最大的难点在于它需要获得所有各阶实模态来做线性组合才能得到精确解,众所周知,在工程实际中获得全部模态是十分困难的,因此寻求它所对应的高效的截模态算法就具有重要的工程意义,而全模态算法的开发是实现高效截模态算法的根本依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算结构系统实测规范化模态灵敏度的新型方法,从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:

一种计算结构系统实测规范化模态灵敏度的新型方法,包括以下步骤:

S1,获取结构系统的质量矩阵M∈RN×N和刚度矩阵K∈RN×N,N为系统的自由度数,计算所述结构系统的固有频率λi(i=1,…,N)、实模态和左特征向量ψi(i=1,…,N),其中实模态即为右特征向量;

S2,调整实模态和左特征向量ψi的元素,使其满足规范化条件;

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