环境振动试验方法及系统技术方案

一种环境振动试验方法及系统，该方法包括：建立试验对象的有限元模型，基于有限元模型获得试验对象的振动有限元方程；基于振动有限元方程，计算试验对象的时域传递函数；基于用于作用于试验对象的实时的振动激励加速度和试验对象的时域传递函数，计算有限元模型的每个节点的振动响应。本发明专利技术能够基于实时的振动激励加速度准确计算试验对象的全域振动响应。

【技术实现步骤摘要】
环境振动试验方法及系统
本专利技术涉及物理仿真
，特别涉及一种环境振动试验方法及系统。
技术介绍
现代航空航天、轨道交通、国防军工等设备都需要进行环境振动试验评估。现有的物理环境振动试验存在几方面的局限：一是测量布置空间、测点数量有限，只能测得有限数量测点的振动数据，无法获得试件全域任意位置处的振动数据，也无法获得试件全域振动的态势分布状况；二是环境振动试验设备——物理振动台推力有限，无法实现超重超大型试验对象的环境振动试验；三是出于试验安全性因素的考虑，开展易燃易爆类产品、“珍稀”单件产品的物理环境振动试验时需要十分谨慎，需要预先进行充分的科学论证。因此，期待开发一种新型的环境振动试验系统，以克服现有技术的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种环境振动试验方法及系统，以克服现有试验设备难以准确获得试验对象的全域振动响应的缺陷。本专利技术一方面提供一种环境振动试验方法，包括：建立试验对象的有限元模型，基于所述有限元模型获得试验对象的振动有限元方程；基于所述振动有限元方程，计算所述试验对象的时域传递函数；基于用于作用于所述试验对象的实时的振动激励加速度和所述试验对象的时域传递函数，计算有限元模型的每个节点的振动响应。优选地，所述振动有限元方程由以下方程(1)表示：其中，M、C、K分别表示试验对象的总体质量矩阵、总体阻尼矩阵和总体刚度矩阵，x(t)分别表示有限元模型中节点的加速度向量、速度向量和位移向量，F(t)表示外载荷向量。优选地，所述基于所述振动有限元方程，计算所述试验对象的时域传递函数包括：基于傅里叶变换获得试验对象的频域传递函数：其中，H(ω)表示试验对象的频域传递函数，F(ω)、x(ω)分别表示F(t)、x(t)的傅里叶变换，ω表示频率；对频域传递函数H(ω)进行傅里叶逆变换，并将变换结果以采样时间间隔ΔT进行离散，获得试验对象的时域传递函数：H＝[H1...Hk...Hn]m×n其中，H表示试验对象的时域传递函数，m为有限元模型的节点数，n为时域传递函数H中的数据个数，Hk表示时刻kΔT的时域传递函数。优选地，所述试验对象的时域传递函数为：H＝[H1...Hk...Hn]m×n其中，H表示试验对象的时域传递函数，m为所述有限元模型的节点数，n为时域传递函数H中的数据个数，Hk表示时刻kΔT的时域传递函数，ΔT表示采样时间间隔。优选地，通过以下公式(5)计算有限元模型的每个节点的振动响应：其中，H表示试验对象的时域传递函数，X(iΔT)表示时刻iΔT的振动激励向量，其由以下公式(4)表示：其中，Xi表示时刻iΔT的振动激励加速度，ΔT表示采样时间间隔；Y(iΔT)表示有限元模型的节点在时刻iΔT的振动响应，其由以下公式(6)表示：Y(iΔT)＝[Y1(iΔT),Y2(iΔT),...,Yr(iΔT),...,Ym(iΔT)](6)其中，Yr(iΔT)表示有限元模型的第r个节点在时刻iΔT的振动响应。优选地，所述环境振动试验方法还包括：根据所述试验对象的测试点的实际振动响应和计算的所述测试点对应的节点的振动响应对试验对象的时域传递函数进行修正，获得修正的时域传递函数；根据修正的时域传递函数计算所述试验对象的全域振动响应。优选地，通过传递函数修正量ΔH对试验对象的时域传递函数进行修正：ΔH＝(CTC)-1(CTZX-CTY*X)(XTX)-1(10)其中，C为选择系数矩阵，Y*为计算的测试点的振动响应，Z为测试点的实际振动响应，其由以下公式(7)表示：其中，Zl(qΔT)表示第l个测试点在qΔT时刻的实际振动响应，L表示测试点的数量。优选地，根据以下公式(11)计算修正的时域传递函数H’：H’＝H+ΔH＝H+(CTC)-1(CTZX-CTY*X)(XTX)-1(11)。优选地，通过第一加速度传感器检测所述振动激励加速度，通过第二加速度传感器检测所述试验对象的测试点的实际振动响应，且所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的采样时间间隔相同。本专利技术另一方面提供一种环境振动试验系统，包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：建立试验对象的有限元模型，基于所述有限元模型获得试验对象的振动有限元方程；基于所述振动有限元方程，计算所述试验对象的时域传递函数；基于用于作用于所述试验对象的实时的振动激励加速度和所述试验对象的时域传递函数，计算有限元模型的每个节点的振动响应。优选地，所述环境振动试验系统还包括：振动实验台，用于承载试验对象并产生作用于试验对象的振动激励；传感器单元，用于检测所述振动激励加速度以及试验对象的测试点的实际振动响应；显示单元，用于显示每个节点的振动响应。优选地，所述振动有限元方程由以下方程(1)表示：其中，M、C、K分别表示试验对象的总体质量矩阵、总体阻尼矩阵和总体刚度矩阵，x(t)分别表示有限元模型中节点的加速度向量、速度向量和位移向量，F(t)表示外载荷向量。优选地，所述基于所述振动有限元方程，计算所述试验对象的时域传递函数包括：基于傅里叶变换获得试验对象的频域传递函数：其中，H(ω)表示试验对象的频域传递函数，F(ω)、x(ω)分别表示F(t)、x(t)的傅里叶变换，ω表示频率；对频域传递函数H(ω)进行傅里叶逆变换，并将变换结果以采样时间间隔ΔT进行离散，获得试验对象的时域传递函数：H＝[H1...Hk...Hn]m×n其中，H表示试验对象的时域传递函数，m为有限元模型的节点数，n为时域传递函数H中的数据个数，Hk表示时刻kΔT的时域传递函数。优选地，所述试验对象的时域传递函数为：H＝[H1...Hk...Hn]m×n其中，H表示试验对象的时域传递函数，m为所述有限元模型的节点数，n为时域传递函数H中的数据个数，Hk表示时刻kΔT的时域传递函数，ΔT表示采样时间间隔。优选地，通过以下公式(5)计算有限元模型的每个节点的振动响应：其中，H表示试验对象的时域传递函数，X(iΔT)表示时刻iΔT的振动激励向量，其由以下公式(4)表示：其中，Xi表示时刻iΔT的振动激励加速度，ΔT表示采样时间间隔；Y(iΔT)表示有限元模型的节点在时刻iΔT的振动响应，其由以下公式(6)表示：Y(iΔT)＝[Y1(iΔT),Y2(iΔT),...,Yr(iΔT),...,Ym(iΔT)](6)其中，Yr(iΔT)表示有限元模型的第r个节点在时刻iΔT的振动响应。优选地，处理器还执行以下步骤：根据所述试验对象的测试点的实际振动响应和计算的所述测试点对应的节点的振动响应对试验对象的时域传递函数进行修正，获得修正的时域传递函数；根据修正的时域传递函数计算所述试验对象的全域振动响应。优选地，通过传递函数修正量ΔH对试验对象的时域传递函数进行修正：ΔH＝(CTC)-1(CTZX-CTY*X)(XTX)-1(10)其中，C为选择系数矩阵，Y*为计算的测试点的振动响应，Z为测试点的实际振动响应，其由以下公式(7)表示：其中，Zl(qΔT)表示第l个测试点在qΔT时刻的实际振动响应，L表示测试点的数量。优选地，根据以下公式(11)计算修正的时域传递函数H’：H’＝H+ΔH＝H+(CTC)-1(CTZX-CTY*X)(XTX)-1(11)。优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环境振动试验方法，其特征在于，包括：建立试验对象的有限元模型，基于所述有限元模型获得试验对象的振动有限元方程；基于所述振动有限元方程，计算所述试验对象的时域传递函数；基于用于作用于所述试验对象的实时的振动激励加速度和所述试验对象的时域传递函数，计算有限元模型的每个节点的振动响应。

【技术特征摘要】
1.一种环境振动试验方法，其特征在于，包括：建立试验对象的有限元模型，基于所述有限元模型获得试验对象的振动有限元方程；基于所述振动有限元方程，计算所述试验对象的时域传递函数；基于用于作用于所述试验对象的实时的振动激励加速度和所述试验对象的时域传递函数，计算有限元模型的每个节点的振动响应。2.根据权利要求1所述的环境振动试验方法，其特征在于，所述振动有限元方程由以下方程(1)表示：其中，M、C、K分别表示试验对象的总体质量矩阵、总体阻尼矩阵和总体刚度矩阵，x(t)分别表示有限元模型中节点的加速度向量、速度向量和位移向量，F(t)表示外载荷向量。3.根据权利要求2所述的环境振动试验方法，其特征在于，所述基于所述振动有限元方程，计算所述试验对象的时域传递函数包括：基于傅里叶变换获得试验对象的频域传递函数：其中，H(ω)表示试验对象的频域传递函数，F(ω)、x(ω)分别表示F(t)、x(t)的傅里叶变换，ω表示频率；对频域传递函数H(ω)进行傅里叶逆变换，并将变换结果以采样时间间隔ΔT进行离散，获得试验对象的时域传递函数：H＝[H1...Hk...Hn]m×n其中，H表示试验对象的时域传递函数，m为有限元模型的节点数，n为时域传递函数H中的数据个数，Hk表示时刻kΔT的时域传递函数，ΔT表示采样时间间隔。4.根据权利要求1所述的环境振动试验方法，其特征在于，所述试验对象的时域传递函数为：H＝[H1...Hk...Hn]m×n其中，H表示试验对象的时域传递函数，m为所述有限元模型的节点数，n为时域传递函数H中的数据个数，Hk表示时刻kΔT的时域传递函数，ΔT表示采样时间间隔。5.根据权利要求4所述的环境振动试验方法，其特征在于，通过以下公式(5)计算有限元模型的每个节点的振动响应：其中，X(iΔT)表示时刻iΔT的振动激励向量，其由以下公式(4)表示：其中，Xi表示时刻iΔT的振动激励加速度；Y(iΔT)表示有限元模型的节点在时刻iΔT的振动响应，其由以下公式(6)表示：Y(iΔT)＝[Y1(iΔT),Y2(iΔT),...,Yr(iΔT),...,Ym(iΔT)](6)其中，Yr(iΔT)表示有限元模型的第r个节点在时刻iΔT的振动响应。6.根据权利要求5所述的环境振动试验方法，其特征在于，还包括：根据所述试验对象的测试点的实际振动响应和计算的所述测试点对应的节点的振动响应对试验对象的时域传递函数进行修正，获得修正的时域传递函数；根据修正的时域传递函数计算所述试验对象的全域振动响应。7.根据权利要求6所述的环境振动试验方法，其特征在于，通过传递函数修正量ΔH对试验对象的时域传递函数进行修正：ΔH＝(CTC)-1(CTZX-CTY*X)(XTX)-1(10)其中，C为选择系数矩阵，Y*为计算的测试点的振动响应，Z为测试点的实际振动响应，其由以下公式(7)表示：其中，Zl(qΔT)表示第l个测试点在qΔT时刻的实际振动响应，L表示测试点的数量，ΔT表示采样时间间隔。8.根据权利要求7所述的环境振动试验方法，其特征在于，根据以下公式(11)计算修正的时域传递函数H’：H’＝H+ΔH＝H+(CTC)-1(CTZX-CTY*X)(XTX)-1(11)。9.根据权利要求6所述的环境振动试验方法，其特征在于，通过第一加速度传感器检测所述振动激励加速度，通过第二加速度传感器检测所述试验对象的测试点的实际振动响应，且所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的采样时间间隔相同。10.一种环境振动试验系统，其特征在于，所述系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：建立试验对象的有限元模型，基于所述有限元模型获得试验对象的振动有限元方程；基于所述振动有...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙上阳，段静波，牛智勇，
申请(专利权)人：蒙上阳，段静波，
类型：发明
国别省市：北京,11