成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应计算方法技术

本发明专利技术公开了一种成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应计算方法，包括以下步骤：以连接处和力激励处为边界，将成任意角度连接的有限尺寸板结构划分为多个子结构；获取连接板结构的结构参数和激励参数，所述结构参数包括多个子结构的几何尺寸和材料特性参数；激励参数包括激励力的幅值及分布位置；根据获取的结构参数和外激励参数，构建子结构位移和内力在局部对偶坐标系下的波动解形式；根据波动解形式以及子结构在力激励处、边界处和连接处的连续条件，建立整个板结构模型的耦合振动控制方程；根据耦合振动控制方程求解获得成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应和功率流。

【技术实现步骤摘要】
成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应计算方法
本专利技术涉及结构振动响应
，具体为成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应的定量计算方法。
技术介绍
成任意角度连接的有限尺寸板结构形式，如“L”型板、“T”型板和箱型结构等，在工程中具有广泛的应用。当连接板结构受到外界激励时，振动产生的振动波传递到结构连接处会发生波形变换，进而向其他子结构进行传递，从而导致整个结构发生振动。因此研究连接板结构中的振动特性对探明工程结构的振动机理有重要的工程意义。以往研究者采用波动法分析L型板结构的振动功率流特性。一般将L型板划分为三个区域，考虑连接处、边界条件的连续条件，建立整个结构的振动控制方程，进而获得各位置处的振动响应，因而计算精度较高。然而对于任意角度连接的有限尺寸板结构，该方法需要定义更多的位移解未知系数，同时由于连续条件的增多会导致指数运算的增加，可能会导致计算精度的下降。因此，迫切需要一种计算量适当、精度较高，且能在宽频带内计算成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应的定量计算方法。
技术实现思路
为解决现有方法随分析频率的升高、模型子系统的增加，计算量越大、计算精度越低的不足，本专利技术提出了一种确定成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应的计算方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应的定量计算方法，包括以下步骤：步骤1：以连接处和力激励处为边界，将成任意角度连接的有限尺寸板结构划分为多个子结构；步骤2：获取连接板结构的结构参数和激励参数，所述结构参数包括多个子结构的几何尺寸和材料特性参数；激励参数包括激励力的幅值及分布位置；步骤3：根据获取的结构参数和外激励参数，构建子结构的位移和内力在局部对偶坐标系下的波动解形式；步骤4：根据波动解形式以及子结构在力激励处、边界处和连接处的连续条件，建立整个板结构模型的耦合振动控制方程；步骤5：根据耦合振动控制方程求解获得成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应和功率流。本专利技术所述的方法中，所述波动解形式包括子结构在其局部对偶坐标系中的位移状态向量表达式和内力状态向量表达式。本专利技术所述的方法中，步骤4具体包括以下步骤：根据子结构在力激励处、边界处和连接处的连续条件，建立多个连接处的振动波传递关系；建立整个结构模型的耦合振动控制方程，将所有振动波传递关系的传递矩阵整合到一起，得到耦合板结构的整体转换关系d＝Sa+s，其中d和a分别表示耦合板结构中所有的离开波和到达波的未知波幅向量，S为耦合板结构的整体传递矩阵，s为由于外激励的存在产生的波源矢量。本专利技术还提供了一种成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应的定量计算系统，其特征在于，包括：子结构划分模块，用于以连接处和力激励处为边界，将成任意角度连接的有限尺寸板结构划分为多个子结构；参数获取模块，用于获取连接板结构的结构参数和激励参数，所述结构参数包括多个子结构的几何尺寸和材料特性参数；激励参数包括激励力的幅值及分布位置；波动解形式构建模块，用于根据获取的结构参数和外激励参数，构建子结构的位移和内力在局部对偶坐标系下的波动解形式；耦合振动控制方程建立模块，用于根据波动解形式以及子结构在力激励处、边界处和连接处的连续条件，建立整个板结构模型的耦合振动控制方程；计算模块，用于根据耦合振动控制方程求解获得成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应和功率流。本专利技术所述的系统中，所述波动解形式包括子结构在其局部对偶坐标系中的位移状态向量表达式和内力状态向量表达式。本专利技术所述的系统中，所述耦合振动控制方程建立模块具体包括：振动波传递关系建立模块，用于根据子结构在力激励处、边界处和连接处的连续条件，建立多个连接处的振动波传递关系；方程建立模块，用于将所有振动波传递关系的传递矩阵整合到一起，得到耦合板结构的整体转换关系d＝Sa+s，其中d和a分别表示耦合板结构中所有的离开波和到达波的未知波幅向量，S为耦合板结构的整体传递矩阵，s为由于外激励的存在产生的波源矢量。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术将波动分析方法与局部对偶坐标系相结合，提供了一种成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应的定量计算方法，运算简易，易于实现。动力学模型的建立是基于解析法进行的，这种半解析方法能够有效提高计算效率，不受计算频带所限。该方法通过建立局部对偶坐标系，避免了指数运算带来的数值误差。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1:本专利技术方法的程序流程图。图2:是本专利技术一个实施例中成任意角度连接的有限尺寸板结构的结构示意图。图3:是成任意角度连接的有限尺寸板结构中位移对比图。图4:是成任意角度连接的有限尺寸板结构中剪力对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例的成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应的定量计算方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤S1、以连接处和力激励处为边界，将成任意角度连接的有限尺寸板结构划分为一系列子结构IJ、JK…；步骤S2、获取连接板结构的结构参数和外激励参数，所述结构参数包括板的子结构的几何尺寸、材料特性参数等；激励参数包括激励力的幅值f0及分布位置(x0,y0)，可表示为F＝f0δ(x-x0)δ(y-y0)eiωt，i表示虚数，ω为圆频率，t为时间变量。步骤S3、根据原始数据输入，构建子结构的位移和内力在局部对偶坐标系下的波动解形式，以板IJ为例，在其IJ局部坐标系中的位移状态向量表达式为内力状态向量表达式为其中为对应于第n节模态下的位移向量，为相位矩阵，Yn＝diag{sinkyycoskyysinkyysinkyycoskyy}为沿y方向的模态，为对角矩阵，Anδ,Dnδ为对应于到达波和离开波的位移系数矩阵，an和dn分别为到达波和离开波波幅系数。步骤S4、根据结构在力激励处、边界处和连接处的连续条件，建立一系列连接处I,J,K,...的振动波传递关系，dSIGN＝SSIGNaSIGN,SIGN＝I,J,K,...。步骤S5、建立整个结构模型的耦合振动控制方程，将所有传递矩阵进行整合到一起，最后可得耦合板结构的整体转换关系d＝Sa+s，d＝{dIdHdJdK}T,a＝{aIaHaJaK}T分别表示耦合板结构中所有的离开波和到达波的未知波幅向量。S＝diag〈SISHSJSK〉为耦合板结构的整体传递矩阵。s为由于外激励的存在产生的波源矢量。步骤S6、基于变形协调条件可确定板上到达波和离开波之间的相位关系，以板IH为例，为局部相位矩阵。定义置换矩阵则板IH中两坐标系中的到达波和离开波之间的相位关系为通过整合所有板之间的相位矩阵，可得整个耦合连接板结构的相位关系为an＝PLnUdn，PLn为耦合板结构的整体相位矩阵，U为耦合板结构的整体置换矩阵。步骤S7、联立步骤S5和步骤S6，可得各局部对偶坐标系中的波幅系数，进而可得到成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应。在本专利技术的一具体实施例中，本专利技术的具体方法步骤如下：步骤1:获取连接板结构的结构参数和激励参数，所述结构参数包括长度Lx1＝0.76m，Lx2＝0.76m，宽度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应的定量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：以连接处和力激励处为边界，将成任意角度连接的有限尺寸板结构划分为多个子结构；步骤2：获取连接板结构的结构参数和激励参数，所述结构参数包括多个子结构的几何尺寸和材料特性参数；激励参数包括激励力的幅值及分布位置；步骤3：根据获取的结构参数和外激励参数，构建子结构的位移和内力在局部对偶坐标系下的波动解形式；步骤4：根据波动解形式以及子结构在力激励处、边界处和连接处的连续条件，建立整个板结构模型的耦合振动控制方程；步骤5：根据耦合振动控制方程求解获得成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应和功率流。

【技术特征摘要】
1.一种成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应的定量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：以连接处和力激励处为边界，将成任意角度连接的有限尺寸板结构划分为多个子结构；步骤2：获取连接板结构的结构参数和激励参数，所述结构参数包括多个子结构的几何尺寸和材料特性参数；激励参数包括激励力的幅值及分布位置；步骤3：根据获取的结构参数和外激励参数，构建子结构的位移和内力在局部对偶坐标系下的波动解形式；步骤4：根据波动解形式以及子结构在力激励处、边界处和连接处的连续条件，建立整个板结构模型的耦合振动控制方程；步骤5：根据耦合振动控制方程求解获得成任意角度连接的有限尺寸板结构振动响应和功率流。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波动解形式包括子结构在其局部对偶坐标系中的位移状态向量表达式和内力状态向量表达式。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4具体包括以下步骤：根据子结构在力激励处、边界处和连接处的连续条件，建立多个连接处的振动波传递关系；建立整个结构模型的耦合振动控制方程，将所有振动波传递关系的传递矩阵整合到一起，得到耦合板结构的整体转换关系d＝Sa+s，其中d和a分别表示耦合板结构中所有的离开波和到达波的未知波幅向量，S为耦合板结构的整体传递矩阵，s为由于外激励的存在产生的波源矢量。4.一种成任意角度连接的有限尺寸板结构振...

【专利技术属性】
技术研发人员：王献忠，吴卫国，周雍，马丽，许瑞阳，漆琼芳，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42