[发明专利]一种针对轮体结构伞形振动的颗粒阻尼减振设计方法

摘要

本发明为一种针对轮体结构伞形振动的颗粒阻尼减振设计方法。该设计方法分为阻尼器的填充方案设计及位置方案设计两部分，共八大步骤。填充方案设计是在通过有限元分析获得轮体结构振动特性的基础上，利用颗粒阻尼离散元程序对设计出的正交试验方案进行模拟，从而得到颗粒阻尼的主要影响因子，并根据其变化规律确定阻尼器的最佳填充方案；位置方案设计是根据轮体伞形振动响应的分布特点，结合本发明给出的颗粒不同材质、粒径在不同无量纲加速度Γ条件下对颗粒阻尼的影响规律，确定颗粒阻尼器安装的最佳位置方案。本发明的有效性已通过试验验证，它在颗粒阻尼针对复杂结构的应用领域具有良好的实用价值和广阔的应用前景。

主权项

一种针对轮体结构伞形振动的颗粒阻尼减振设计方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：建立轮体的实体模型针对给定的实体模型在CAE前处理软件中建立目标轮体的有限元模型；步骤二：对建立的有限元模型进行结构分析首先，将建立的有限元模型导入到有限元软件ANSYS中，定义相应的材料参数，给定转速以及位移约束条件，通过静力分析得到离心力引起的结构应力分布，注意关注轮体结构的主要应力集中点位置及水平，轮缘位置的应力水平；然后，采用质量归一化的模态分析，不计转速，获得轮体结构的固有振动特性，并根据振型特点确定伞形振动所对应的频率；最后，在原有约束的基础上，初步设定结构阻尼，对有限元模型施加单位“1”的轴向阶跃正弦激励，获得轮体结构在正弦激励下的响应峰值及对应频率，并对伞形振动频率再次确定；步骤三：获得轮体结构伞形振动的二维等效模型采用振型归一化的模态分析，不计转速，利用能量法求解系统二维等效振动模型的特征参数：等效质量mc，等效刚度kc，并根据实际需要设定结构阻尼，完成二维等效模型的建立；步骤四：确定颗粒空腔尺寸由于轮体结构发生伞形振动时轮缘响应最大，首先根据轮体实际情况将颗粒阻尼器预装位置设定在尽量靠近轮缘处，由于同等空腔深度情况下，截面积越大，装填颗粒越多，减振效果越好，因此根据轮体尺寸设计截面积尽量大的颗粒空腔；随后，对打孔后的轮体进行静力分析，在保证材料强度的前提下对空腔的截面尺寸进一步调整；步骤五：利用正交试验获得填充方案的设计规律首先，设计颗粒填充方案的正交试验，选取空腔边长dc，空腔深度h，颗粒粒径dp，颗粒填充率Vr作为影响因子，根据实际需要，对每个影响因子设计复数个影响水平，结合4因子多水平正交表，得到正交试验各项子试验的具体内容；随后，利用颗粒阻尼离散元程序，以得到的二维等效振动模型为研究对象，对正交试验各项子试验进行数值模拟，并采集振动模型的位移及速度随时间的变化参数；最后，选取给定时间内的平均颗粒阻尼Ψaver，最大阻尼Ψmax，位移减半时间ty0.5，为颗粒减振效果评价标准，利用正交试验分析方法获得dc、h、dp、Vr对等效模型的振动影响及影响规律；步骤六：利用比较试验获得颗粒最佳填充方案根据正交试验分析结果，给出针对竖直碰撞间隙Δv的对比试验，对颗粒填充率进行微调，从而获得颗粒最佳填充方案；步骤七：确定是否需用分段颗粒减振通过正弦扫频试验确定结构发生共振时的轮缘位置的放大系数和加速度绝对值，对照颗粒阻尼在高无量纲加速度下的变化规律：若Γ<60，则通过在轮缘位置设置颗粒阻尼器即可达到至少响应幅值减半的目的；若Γ>60，需在轮缘位置设置颗粒阻尼器的基础上，根据外形及技术要求，在回转半径较小的位置设置阻尼器，进行分段减振；步骤八：对照颗粒阻尼在高无量纲加速度下的变化规律，并结合颗粒阻尼器预设位置的结构响应确定颗粒材质及阻尼器的位置安装方案。