[发明专利]一种调整模型动力相似关系的多次脉动法

摘要

本发明公开了一种用于调整模型动力相似关系的多次脉动法，其解决了现有技术中的小比例模型结构常见的模拟原型结构动力特性频率偏差的问题。本发明方法包括：确定模型结构与原型结构的初步相似关系，通过量纲分析法得到频率相似常数，对依据初步相似关系设计并制作的模型后进行多次脉动测试，根据每次的脉动测试结果不断调整模型结构的相似关系等步骤而逐渐逼近真值。本发明采用的多次脉动方法，通过对改变模型结构质量的多次脉动试验，分阶段对模型结构的相似关系进行调整，实现模型结构与原型结构动力特性的逐渐逼近相似，从而保证模型结构相关动力试验结果的可靠性。

主权项

调整模型动力相似关系的多次脉动法，其特征在于具体步骤如下：(1)从原型结构有限元数值模拟的结果中提取原型结构的第一阶频率fp，及其对应的质量mp；其中，mp＝Gep/g，Gep为原型结构的重力荷载代表值，g为重力加速度；(2)按照原型结构的体量、振动台性能参数及可选用材料参数，所述体量为几何尺寸Lp、抗弯刚度kp、质量mp、频率fp、力Fp、变形dp、重力加速度gp、时间tp，所述振动台性能参数为加速度ap，所述可选用材料参数为等效弹性模量Ep、等效应力σp、等效质量密度ρp；拟定模型结构初步相似关系，得模型结构与原型结构的频率相似常数Sf、刚度相似常数Sk，并根据频率相似常数Sf、刚度相似常数Sk推得模型结构频率fm、模型质量mm；(3)根据试验要求和振动台的承载能力，初步确定几何相似常数SL，加速度相似常数Sa，和等效弹性模量相似常数SE并在这三个相似常数的基础上，确定抗弯刚度相似常数Sk、质量相似常数Sm、频率相似常数Sf、力相似常数SF、变形相似常数Sd、重力加速度相似常数Sg、时间相似常数St、等效应力相似常数Sσ、等效质量密度相似常数Sρ；由于模型参数等于原型参数与相似常数的乘积，因此，可以得到模型结构的体量、振动台性能参数及可选用材料参数，所述体量为几何尺寸Lm、抗弯刚度km、质量mm、频率fm、力Fm、变形dm、重力加速度gm、时间tm，所述振动台性能参数为加速度am，所述可选用材料参数为等效弹性模量Em、等效应力σm、等效质量密度ρm；据模型的参数设计并制作模型结构；(4)在模型结构施工完成后、附加质量施加之前，对模型结构进行第一次脉动试验，识别空载即不附加质量前模型结构的动力特性，得到模型结构的第一阶频率f1m，对应的质量为m1m；(5)根据公式通过量纲分析法计算空载模型结构与原型结构此时的刚度相似常数其中，f是结构的第一阶频率，k是结构刚度，m是结构质量，SK1是空载模型刚度对应原型结构的相似常数，Sf1是空载模型第一阶频率对应原型结构的相似常数，Sm1是空载模型质量对应原型结构的相似常数，f1m是空载模型第一阶频率，fp是原型结构第一阶频率，m1m是空载模型质量mp是原型结构质量；(6)将步骤(5)所得空载模型结构与原型结构的刚度相似常数Sk1与步骤(2)所得的模型结构与原型结构的刚度相似常数Sk进行比较，若有Sk1＝Sk，则下一步要施加的附加质量为：若Sk1≠Sk，则应对模型结构进行调整；根据得到满足Sk1＝Sk所需要的空载质量调整后的附加质量为：(7)将空载模型结构安装在振动台台面后，将调整后的附加质量合理分布在空载模型结构上；(8)对施加附加质量后的空载模型结构进行第二次脉动测试，测出模型结构的第二阶频率f2m，则此时模型结构与原型结构的频率相似常数为(9)将Sf2作为模拟地震振动台试验的频率相似关系，对初步相似关系进行调整；(10)如有必要，再次调整附加质量分布，并重复(8)，(9)进行脉动测试和相似关系调整，直到逼近真值。