多功能结构的动力学参数确定方法技术

本发明专利技术提供一种多功能结构动力学参数确定方法，该方法首先利用多功能结构中弹性块试验数据确定弹性块超弹性本构模型参数；将超弹性模型参数代入只考虑弹性块作用的多功能结构动力学模型，通过加速度扫频试验数据，计算得到弹性块粘弹性本构模型参数；然后是将得到的超弹性模型参数和粘弹性模型参数代入考虑弹性块和弹性垫作用的多功能结构动力学模型，根据有弹性垫作用的频响试验曲线，确定得到弹性垫的力学参数；本发明专利技术提供的方法既能提高多功能结构动力学模型参数确定精度，又能有效减小计算代价。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及结构动力学分析
，具体的涉及一种多功能结构动力学参数确定方法。
技术介绍
在航天器使用过程中，常需使用多功能结构，该多功能结构常需具有承载、减震、保护具体模块等多种功能。同时还需适应在轨环境下的多种极端条件。多功能结构的组成通常都比较复杂，即有刚度较大的复合材料部件，又有刚度较小的非线性粘弹性部件，这使得该结构的动力学特性通常较复杂，动力学参数难以准确确定。目前，现有的动力学参数确定方法大多仅适用于结构单一、力学特性单一的结构体，例如分量分析法、导纳圆辨识方法等。这些方法均无法适用于既包含弹性部件又包含高刚度构建的结构体。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多功能结构动力学参数确定方法。本专利技术提供一种多功能结构动力学参数确定方法，包括以下步骤：步骤S100：根据弹性块单轴压缩试验数据，通过非线性最小二乘拟合，计算得到弹性块超弹性本构模型参数：W＝C10(I1-3)+C01(I2-3) (1)其中，C10和C01为待确定的模型参数，I1为第一应变不变量，I2为第二应变不变量，W为应变能密度函数；根据非线性固体力学理论，得出单轴变形模式下的超弹性模型应力-应变关系： σ = 2 C 10 ( 1 + ϵ ) + C 01 [ 1 - 1 ( 1 + ϵ ) 3 ] - - - ( 2 ) ]]>其中，σ为超弹性模型的应力，ε为超弹性模型的应变；C10和C01参数的确定方法：在步骤S100中，通过弹性垫单轴压缩试验数据和非线性最小二乘拟合，结合公式(2)，拟合得到弹性块超弹性本构模型参数C10和C01；步骤S200：根据无弹性垫作用时的多功能结构加速度扫频试验数据，将弹性块超弹性本构模型参数C10和C01代入如公式(3)所示的只考虑弹性块作用的多功能结构动力学模型中， 计算得到加速度频响曲线的一阶峰值频率和幅值，将仿真计算结果与试验测量结果的误差作为目标， M ~ δ ·· + C ~ δ · + K ~ * ( C 10 , C 01 , E * ) δ = F - - - ( 3 ) ]]>其中，为质量矩阵，为阻尼矩阵，为复刚度矩阵，δ为自由度矢量，F为载荷矢量；采用优化算法得到如公式(4)所示的弹性块粘弹性本构模型中的各待定参数： E * ( ω ) = E 0 - E ∞ [ 1 + ( i ω τ ) α ] β + E ∞ - - - ( 4 ) ]]>其中，ω为角频率，i为虚数单位，E0、E∞、α、β和τ为待确定的模型参数，且0<α、β<1；其中，弹性块粘弹性本构模型中α、β、τ、E∞和E0参数确定方法包括以下步骤：(1)初始化粘弹性本构模型参数E0、E∞、α、β和τ；(2)将所得C10、C01、E0、E∞、α、β和τ代入只考虑弹性块作用的多功能结构动力学模型中；(3)仿真计算加速度频响曲线；(4)仿真计算加速度频响曲线的峰值频率fn和幅值H(fn)与试验测量的峰值频率fn_Exp和幅值HExp(fn)的误差将min{F1+F2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能结构动力学参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：根据弹性块单轴压缩试验数据，通过非线性最小二乘拟合，计算得到弹性块超弹性本构模型参数：W＝C10(I1‑3)+C01(I2‑3)    (1)其中，C10和C01为待确定的模型参数，I1为第一应变不变量，I2为第二应变不变量，W为应变能密度函数；根据非线性固体力学理论，得出单轴变形模式下的超弹性模型应力‑应变关系：σ=2C10(1+ϵ)+C01[1-1(1+ϵ)3]---(2)]]>其中，σ为超弹性模型的应力，ε为超弹性模型的应变；C10和C01参数的确定方法：在所述步骤S100中，通过弹性垫单轴压缩试验数据和非线性最小二乘拟合，结合公式(2)，拟合得到弹性块超弹性本构模型参数C10和C01；步骤S200：根据无弹性垫作用时的多功能结构加速度扫频试验数据，将弹性块超弹性本构模型参数C10和C01代入如公式(3)所示的只考虑弹性块作用的多功能结构动力学模型中，计算得到加速度频响曲线的一阶峰值频率和幅值，将仿真计算结果与试验测量结果的误差作为目标，M~&delta;··+C~δ·+K~*(C10,C01,E*)δ=F---(3)]]>其中，为质量矩阵，为阻尼矩阵，为复刚度矩阵，δ为自由度矢量，F为载荷矢量；采用优化算法得到如公式(4)所示的弹性块粘弹性本构模型中的各待定参数：E*(ω)=E0-E∞[1+(iωτ)α]β+E∞---(4)]]>其中，ω为角频率，i为虚数单位，E0、E∞、α、β和τ为待确定的模型参数，且0<α、β<1；其中，弹性块粘弹性本构模型中α、β、τ、E∞和E0参数确定方法包括以下步骤：(1)初始化粘弹性本构模型参数E0、E∞、α、β和τ；(2)将所得C10、C01、E0、E∞、α、β和τ代入只考虑弹性块作用的多功能结构动力学模型中；(3)仿真计算加速度频响曲线；(4)仿真计算加速度频响曲线的峰值频率fn和幅值H(fn)与试验测量的峰值频率fn_Exp和幅值HExp(fn)的误差和将min{F1+F2}作为目标函数；采用遗传算法对E0、E∞、α、β和τ进行优化求解得到粘弹性模型参数E0、E∞、α、β和τ；步骤S300：根据有弹性垫作用时的多功能结构加速度扫频试验数据，将步骤S100和步骤S200中所得的各参数C10、C01、E0、E∞、α、β和τ代入公式(5)所示的只考虑弹性块和弹性垫作用的多功能结构动力学模型中，计算得到加速度频响曲线的一阶峰值频率和幅值，将仿真计算结果与试验测量结果的误差作为依据，得到弹性垫的力学参数：弹性垫在X方向等效刚度kX、弹性垫在X方向等效阻尼cX、弹性垫在Y方向等效刚度kY和弹性垫在Y方向等效阻尼cY，M~δ··+C~(cX,cY)δ·+K~*(C01,C10,E*,kX,kY)δ=F---(5);]]>其中，弹性垫的力学参数：kX、cX、kY和cY的确定方法包括以下步骤：(1)初始化弹性垫力学参数：kX、cX、kY和cY；(2)将C10、C01、E0、E∞、α、β、τ、kX、cX、kY和cY代入只考虑弹性块和弹性垫共同作用的多功能结构动力学模型；(3)仿真计算加速度频响曲线；(4)将仿真计算频响曲线的峰值频率fn和幅值H(fn)与试验测量的峰值频率fn_Exp和幅值HExp(fn)进行比较，以误差小于5％作为目标，即和(5)判断是否满足F1<0.05且F2<0.05；如果不满足时fn>fn_Exp，则kX和kY减小δkX和δkY，否则增大δkX和δkY；如果不满足时H(fn)>HExp(fn)仿真峰值幅值高于试验测量值，则cX和cY增大δcX和δcY，否则减小δcX和δcY，δ为搜索尺度因子，并重复(2)～(4)直至满足该条件时，进行步骤S400；步骤S400、利用高频段加速度扫频试验数据，将步骤S100、步骤S200和步骤S300中所得参数C10、C01、E0、E∞、α、β、τ、kX、cX、kY和cY代入如公式(6)所示的考虑弹性块、弹性垫和安装螺钉作用的多功能结构动力学模型中，计算所得加速度频响曲线高频段峰值频率和幅值，将仿真计算结果与试验测量结果的误差作为依据，确定安装螺钉的力学参数：安装螺钉的等效安装刚度kLD和安装螺钉的等效安装阻尼cLD，M~δ··+C~(cX,cY,cLD)&de...

【技术特征摘要】
1.一种多功能结构动力学参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：根据弹性块单轴压缩试验数据，通过非线性最小二乘拟合，计算得到弹性块超弹性本构模型参数：W＝C10(I1-3)+C01(I2-3) (1)其中，C10和C01为待确定的模型参数，I1为第一应变不变量，I2为第二应变不变量，W为应变能密度函数；根据非线性固体力学理论，得出单轴变形模式下的超弹性模型应力-应变关系： σ = 2 C 10 ( 1 + ϵ ) + C 01 [ 1 - 1 ( 1 + ϵ ) 3 ] - - - ( 2 ) ]]>其中，σ为超弹性模型的应力，ε为超弹性模型的应变；C10和C01参数的确定方法：在所述步骤S100中，通过弹性垫单轴压缩试验数据和非线性最小二乘拟合，结合公式(2)，拟合得到弹性块超弹性本构模型参数C10和C01；步骤S200：根据无弹性垫作用时的多功能结构加速度扫频试验数据，将弹性块超弹性本构模型参数C10和C01代入如公式(3)所示的只考虑弹性块作用的多功能结构动力学模型中，计算得到加速度频响曲线的一阶峰值频率和幅值，将仿真计算结果与试验测量结果的误差作为目标， M ~ δ ·· + C ~ δ · + K ~ * ( C 10 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝东，李东旭，廖一寰，刘望，蒋建平，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43