连接结构的力学参数的计算方法技术

本发明专利技术提供一种连接结构的力学参数的计算方法，包括：根据吊挂设备及连接结构的实体模型，构建与力学参数相关的有限元模型；对所述实体模型和有限元模型分别施加相同的激励力，获得所述实体模型的振动信号的奇异值向量和所述有限元模型的振动信号的奇异值向量；将实体模型和有限元模型对应的奇异值向量间的误差作为目标函数，利用优化算法确定使所述目标函数稳定收敛时的力学参数，作为所述吊挂设备及连接结构实际的力学参数。本发明专利技术采用实测实体模型的振动信号，并计算振动信号的奇异值向量，给力学参数的识别提供了有力的技术支撑，并且由于实体模型的振动信号源于真实物理结构的测试，最终识别的力学参数也更加具有说服力。

【技术实现步骤摘要】
连接结构的力学参数的计算方法
本专利技术涉及结构动力学
，更具体地，涉及连接结构的力学参数的计算方法。
技术介绍
在轨道交通领域，动车上吊挂设备多采用连接结构吊挂于车体下方。在进行动力学分析的模型中，对连接结构的力学参数进行准确的动力学等效建模至关重要，同时也是本领域亟待解决的技术难题。围绕基于有限元模型的分析工作，如模态计算、噪声计算、动响应计算等学术研究成果常有报道。此外，将吊挂设备及其连接结构单独作为研究对象，建立其有限元模型，通过查询相关文献、经验公式或者动力学试验得到连接结构的参数，再研究力学特性也常有报道。现有的吊挂设备及其连接结构在建模过程中，如果通过查询文献获得连接结构的力学参数，由于材料批次、工作状态、生产商的差异性，导致建立的有限元模型准确度有限；而如果通过准静态力学试验得到连接结构的力学参数，利用建立的模型并不能很好地反映实际吊挂连接结构的动力学特性。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的连接结构的力学参数的计算方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种连接结构的力学参数的计算方法，包括：根据吊挂设备及连接结构的实体模型，构建与力学参数相关的有限元模型；对所述实体模型和有限元模型分别施加相同的激励力，获得所述实体模型的振动信号的奇异值向量和所述有限元模型的振动信号的奇异值向量；将实体模型和有限元模型对应的奇异值向量间的误差作为目标函数，利用优化算法确定使所述目标函数稳定收敛时的力学参数，作为所述吊挂设备及连接结构实际的力学参数。优选地，所述对所述实体模型和有限元模型分别施加相同的激励力，获得所述实体模型的振动信号的奇异值向量和有限元模型的振动信号的奇异值向量，具体为：对所述实体模型施加激励力，同时采集激励信号和振动信号，对所述实体模型产生的振动信号进行奇异值分解，获得实体模型的振动信号的奇异值向量；将所述激励信号加载至有限元模型中，计算所述有限元模型的振动信号，对所述有限元模型的振动信号进行奇异值分解，获得有限元模型的振动信号的奇异值向量。优选地，所述将实体模型和有限元模型对应的奇异值向量间的误差作为目标函数，具体为：将以下公式作为所述目标函数：其中，sa表示有限元模型对应的奇异值向量，se表示实体模型对应的奇异值向量，Δs表示实体模型和有限元模型对应的奇异值向量间的误差。优选地，所述根据吊挂设备及连接结构的实体模型构建与力学参数相关的有限元模型，具体为：利用有限元分析软件中的集中质量点单元对所述吊挂设备进行网格划分，利用有限元分析软件中的连接单元对所述连接结构进行网格划分，建立所述有限元模型；将所述实体模型的质量和转动惯量输入至所述有限元模型中，作为有限元模型的质量和转动惯量；设置有限元模型中力学参数的取值范围。优选地，所述对实体模型施加激励力，同时采集激励信号和振动信号，具体为：在吊挂设备上设置至少1个被测点，采用力锤激励所述吊挂设备，通过加速度传感器采集至少1个被测点上20Hz内的加速度响应，作为振动信号；其中，加速度传感器的测试方向为平动模态方向，测试频段为预估模态频率的2倍，信号采样分辨率为预估模态频段上限的2.56倍。优选地，所述优化算法为蚁群算法、遗传算法、模拟退火算法和粒子群算法中的一种。优选地，所述力学参数为刚度参数和阻尼参数。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种连接结构的力学参数的计算系统，包括：有限元模型生成模块，用于根据吊挂设备及连接结构的实体模型，构建与力学参数相关的有限元模型；奇异值向量获取模块，用于对所述实体模型和有限元模型分别施加相同的激励力，获得所述实体模型的振动信号的奇异值向量和所述有限元模型的振动信号的奇异值向量；优化模块，用于将实体模型和有限元模型对应的奇异值向量间的误差作为目标函数，利用优化算法确定使所述目标函数稳定收敛时的力学参数，作为所述吊挂设备及连接结构实际的力学参数。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种连接结构的力学参数的电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行本专利技术实施例的连接结构的力学参数的计算方法及其任一可选实施例的方法。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行本专利技术实施例的连接结构的力学参数的计算方法及其任一可选实施例的方法。本专利技术提出的连接结构的力学参数的计算方法，通过构建与实体模型一致的有限元模型，以实体模型和有限模型对应的振动信号的奇异值向量间的误差作为目标函数，采用实测实体模型的振动信号，并计算振动信号的奇异值向量，以对有限元动力学模型的力学参数进行识别，给力学参数的识别提供了有力的技术支撑，并且由于实体模型的振动信号源于真实物理结构的测试，最终识别的力学参数也更加具有说服力。利用优化算法确定使所述目标函数稳定收敛时的力学参数，作为所述吊挂设备及连接结构实际的力学参数，由于振动信号的奇异值向量对力学参数的变化分成敏感，将奇异值向量间的误差作为目标函数，使得即使力学参数发生了微小的变化，目标函数也能够发生明显的变化。通过优化算法优化有限元模型中力学参数的值，使得优化后的有限元模型对应的奇异值向量与实体模型对应的奇异值向量非常接近，达到优化后的有限元模型能够真实反应实体模型的效果。附图说明图1为根据本专利技术实施例的连接结构的力学参数的计算方法的流程示意图；图2为根据本专利技术实施例的利用优化算法确定使所述目标函数稳定收敛时的力学参数的方法的流程示意图；图3为根据本专利技术实施例的连接结构的力学参数的计算系统的功能框图；图4为根据本专利技术实施例的计算系统利用优化算法确定使所述目标函数稳定收敛时的力学参数的方法的流程示意图；图5为根据本专利技术实施例的电子设备的框架示意图；图6为本专利技术的一个具体实施例的力学参数的收敛曲线图；图7为本专利技术的一个具体实施例的目标函数的收敛曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术实施例提供一种连接结构的力学参数的计算方法，图1为本专利技术实施例的连接结构的力学参数的计算方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：101、根据吊挂设备及连接结构的实体模型，构建与力学参数相关的有限元模型。需要说明的是，吊挂设备及连接结构的实体模型即吊挂设备及连接结构本身。吊挂设备即通过连接结构挂接着的设备，比如吊车通过钩子吊挂铅球，铅球即为吊挂设备，钩子即为连接机构。本专利技术实施例并不限制具体的吊挂设备和连接结构的类型以及计算方法所应用的领域。有限元模型由节点和元素构成。本专利技术实施例的有限元模型根据吊挂设备及连接结构的复杂程度，采用两种方法构建：若吊挂设备及连接结构较为简单，则直接根据机械结构的几何外型建立节点和单元；若吊挂设备及连接结构较为复杂，则通过点、线、面、体积，先建立有限元模型，再进行实体网格划分，以完成有限元模型的建立。102、对所述实体模型和有限元模型分别施加相同的激励力，分别获得所述实体模型的振动信号的奇异值向量和有限元模型的振动信号的奇异值向量。需要说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连接结构的力学参数的计算方法，其特征在于，包括：根据吊挂设备及连接结构的实体模型，构建与力学参数相关的有限元模型；对所述实体模型和有限元模型分别施加相同的激励力，获得所述实体模型的振动信号的奇异值向量和所述有限元模型的振动信号的奇异值向量；将实体模型和有限元模型对应的奇异值向量间的误差作为目标函数，利用优化算法确定使所述目标函数稳定收敛时的力学参数，作为所述吊挂设备及连接结构实际的力学参数。

【技术特征摘要】
1.一种连接结构的力学参数的计算方法，其特征在于，包括：根据吊挂设备及连接结构的实体模型，构建与力学参数相关的有限元模型；对所述实体模型和有限元模型分别施加相同的激励力，获得所述实体模型的振动信号的奇异值向量和所述有限元模型的振动信号的奇异值向量；将实体模型和有限元模型对应的奇异值向量间的误差作为目标函数，利用优化算法确定使所述目标函数稳定收敛时的力学参数，作为所述吊挂设备及连接结构实际的力学参数。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述对所述实体模型和有限元模型分别施加相同的激励力，获得所述实体模型的振动信号的奇异值向量和有限元模型的振动信号的奇异值向量，具体为：对所述实体模型施加激励力，同时采集激励信号和振动信号，对所述实体模型产生的振动信号进行奇异值分解，获得实体模型的振动信号的奇异值向量；将所述激励信号加载至有限元模型中，计算所述有限元模型的振动信号，对所述有限元模型的振动信号进行奇异值分解，获得有限元模型的振动信号的奇异值向量。3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述将实体模型和有限元模型对应的奇异值向量间的误差作为目标函数，具体为：将以下公式作为所述目标函数：其中，sa表示有限元模型对应的奇异值向量，se表示实体模型对应的奇异值向量，Δs表示实体模型和有限元模型对应的奇异值向量间的误差。4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述根据吊挂设备及连接结构的实体模型构建与力学参数相关的有限元模型，具体为：利用有限元分析软件中的集中质量点单元对所述吊挂设备进行网格划分，利用有限元分析软件中的连接单元对所述连接结构进行网格划分，建立所述有限元模型；将所述实体模型的质量和转动惯量输入至所述有限元模型中，作为有限元...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀刚，林鹏，刘韶庆，曲文强，邹建才，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37