一种结构动力学边界参数确定方法技术

本发明专利技术公开了一种结构动力学边界参数确定方法。确定待设计边界结构的设计参数，建立待设计边界结构的动力学有限元模型，计算所述待设计边界结构的固有频率和振型，所述待设计边界结构的设计参数的确定包括对所述待边界条件设计参数确定参数变化范围bl～bu，以及参数变化步长；找出当目标结构的固有频率与待设计边界结构的固有频率的相对误差不大于相对误差限系数时，目标结构的振型与待设计边界结构的振型最接近时的边界条件设计变量。本发明专利技术使设计边界结构的低价固有频率和振型与目标结构接近，满足动力学试验对边界条件的设计要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于结构动力学领域，具体涉及一种用于确定试验件边界条件最优设计参 数的方法。
技术介绍
在工程结构的动力学试验中，试验件通常需要在夹具支承下进行。但目前大多数 试验没有准确模拟目标结构运行中的实际边界条件，往往按静刚度原则来设计夹具，导致 设计边界结构与目标结构的动力学特性（如固有频率、振型）差异较大，可能引起错误的试 验结果。 因此，需要提供一种新的结构动力学边界设计方法，以要求的固有频率接近为约 束条件，以低阶振型的范数最小为优化目标。目的是使设计边界结构能够最大程度地反映 目标结构的动力学特性，保证试验结果准确可信。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了，根据目标 结构的边界条件设计参数确定待设计边界结构的设计参数，主要包括以下步骤： Sl、确定目标结构的边界条件设计参数； S2、建立目标结构的动力学有限元模型，计算所述目标结构的固有频率和振型； S3、确定待设计边界结构的设计参数，建立待设计边界结构的动力学有限元模型， 计算所述待设计边界结构的固有频率和振型，所述待设计边界结构的设计参数的确定包括 对所述待边界条件设计参数确定参数变化范围bi~b u，以及参数变化步长； S4、重复执行步骤S3,找出当目标结构的固有频率与待设计边界结构的固有频率 的相对误差不大于相对误差限系数时，目标结构的振型与待设计边界结构的振型最接近时 的边界条件设计变量。 优选的是，所述边界条件设计参数包括试验件横截面的高度与宽度。 在上述方案中优选的是，所述目标结构的振型与待设计边界结构的振型最接近时 的计算公式如下： find b 其中，^为目标结构的振型；iT为目标结构的固有频率；朽为设计边界结构的振 型；f；为待设计边界结构的固有频率；m为要求的振型阶数；N为要求的固有频率的阶数；Tl 为相对误差限系数；匕为边界条件设计变量的下限；b u为边界条件设计变量的上限；η为有 限元模型的节点数。 在上述方案中优选的是，所述相对误差限系数η为〇~5%。 在上述方案中优选的是，所述计算目标结构的固有频率和振型包括计算目标结构 的前N阶固有频率和前m阶振型。 在上述方案中优选的是，所述计算待设计边界结构的固有频率和振型包括计算待 设计边界结构的前N阶固有频率和前m阶振型。 本专利技术涉及的方法思路简单、明确，容易程序化，设计效率较高，避免设计过程反 复，节约试验成本，可以使设计边界结构的低价固有频率和振型与目标结构接近，满足动力 学试验对边界条件的设计要求，得到更为可信的试验结果。【附图说明】 图1是根据本专利技术一实施例的结构动力学边界参数确定方法流程图。 图2是图1所示实施例的悬臂梁结构示意图。【具体实施方式】 为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中 的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类 似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术 一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用 于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人 员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下 面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。 在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"前"、"后"、"左"、 "右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方 位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元 件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的 限制。 如图1所示，本专利技术提供了，根据目标结构的 边界条件设计参数确定待设计边界结构的设计参数，主要包括以下步骤： Sl、确定目标结构的边界条件设计参数； S2、建立目标结构的动力学有限元模型，计算所述目标结构的固有频率和振型； S3、确定待设计边界结构的设计参数，建立待设计边界结构的动力学有限元模型， 计算所述待设计边界结构的固有频率和振型，所述待设计边界结构的设计参数的确定包括 对所述待边界条件设计参数确定参数变化范围bi~b u，以及参数变化步长； S4、重复执行步骤S3,找出当目标结构的固有频率与待设计边界结构的固有频率 的相对误差不大于相对误差限系数时，目标结构的振型与待设计边界结构的振型最接近时 的边界条件设计变量。 在本实施例中，所述边界条件设计参数包括试验件横截面的高度与宽度，图2显 示了一悬臂梁结构，根部0.1 m -段的截面高度h和宽度b为设计变量。目标梁结构h = 0. 03m，b = 0. 01m。现改变截面尺寸h和b，使悬臂梁设计边界结构与目标结构的前3阶固 有频率接近，前2阶振型吻合。 在步骤S3中，所述待设计边界结构的设计参数的确定包括对所述待边界条件 设计参数确定参数变化范围bi~b u，以及参数变化步长事先设定，在本实施例中，以h = 0. 02-0. 04m，b = 0. 005-0. 015为例作为参数变化范围比~b u，以步长0. 当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构动力学边界参数确定方法，根据目标结构的边界条件设计参数确定待设计边界结构的设计参数，其特征在于，包括：S1、确定目标结构的边界条件设计参数；S2、建立目标结构的动力学有限元模型，计算所述目标结构的固有频率和振型；S3、确定待设计边界结构的设计参数，建立待设计边界结构的动力学有限元模型，计算所述待设计边界结构的固有频率和振型，所述待设计边界结构的设计参数的确定包括对所述待边界条件设计参数确定参数变化范围bl～bu，以及参数变化步长；S4、重复执行步骤S3，找出当目标结构的固有频率与待设计边界结构的固有频率的相对误差不大于相对误差限系数时，目标结构的振型与待设计边界结构的振型最接近时的边界条件设计变量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉杰，王向盈，黄超广，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61