一种多旋翼减震仿真试验结合设计方法技术

本发明专利技术提供一种多旋翼减震仿真试验结合设计方法，包括如下步骤：通过有限元软件进行仿真分析，得到结构系统的固有频率、模态及振型后，即可开展试验分析；试验分析部分对样件在振动台上进行扫频振动试验，得到时域振动数据；参考设计标准进行定频试验检验振动水平是否满足要求；对试验时域数据进行快速傅里叶变换得到频域数据，在频域图中得到较大振幅峰值对应的频率；再将这些频率对照仿真分析得到的固有频率，修正仿真模型提高分析结果精度；提取合适的模态振型，对结构进行修改优化，迭代上述步骤，最后得到满足设计要求的振动水平。本发明专利技术通过仿真及试验并行分析对结构优化从而改变结构的刚度及系统固有频率的方法，达到主动减振的目的。

A combined design method of multi rotor damping simulation test

【技术实现步骤摘要】
一种多旋翼减震仿真试验结合设计方法
本专利技术属于无人机领域，尤其涉及一种多旋翼减震仿真试验结合设计方法。
技术介绍
现有无人机飞行稳定性是主要技术指标之一，飞行时的振动是重要影响因素，尤其是飞控传感器安装面的振动水平对飞机的稳定性操作性的影响是非常重要的。多旋翼无人机设计过程中必须要考虑结构振动并不断进行优化迭代。目前主要以被动隔振方法(如加装高阻尼橡胶，隔振器等)为主要手段。这种方法简单易行，但对于整体系统是增重设计，无人机对质量控制要求极高，结构设计追求轻量化设计。因此，通过仿真及试验并行分析对结构优化从而改变结构的刚度及系统固有频率的方法，达到主动减振的目的，具有很强的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多旋翼减震仿真试验结合设计方法，通过仿真及试验并行分析对结构优化从而改变结构的刚度及系统固有频率的方法，达到主动减振的目的。为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：一种多旋翼减震仿真试验结合设计方法，包括如下步骤：S1、通过有限元软件进行仿真分析，得到机体结构系统的固有频率、模态及振型后，即可开展试验分析；S2、试验分析时，对样件在振动台上进行扫频振动试验，得到时域振动数据；S3、参考发动机、旋翼系统工作频率，进行定频试验，检验振动水平；S4、对S2中试验分析得到的时域振动数据进行快速傅里叶变换，得到频域数据，在频域图中得到典型共振增幅频率波段峰值对应的频率，即在频域图中通过峰值获取扫频区间内模态及对应固有频率；S5、再将S4中得到的频率对照S1中仿真分析得到的固有频率，修正仿真模型，从而提高分析结果精度；S6、对接近设计工作频率的固有频率对应的模态振型进行提取，参考相应振型对结构进行修改优化，重复上述步骤S1-S5，最后得到满足设计要求的振动水平。进一步地，步骤S1中得到机体结构系统的固有频率的具体步骤为：机体结构系统固有频率的有限元分析中机体结构系统应变能为式中，E为材料弹性模量；εij为应变张量，εkl为应变张量，dV为微分体积；机体结构系统的动能为式中，为速度向量，ρ为密度；离散化为有限元模型，构成一个多自由度的机体结构系统，无阻尼机体矩阵方程为式中，M为机体结构系统的质量矩阵；K为机体结构系统的刚度矩阵；为机体结构系统的位移列阵；F为作用在机体结构系统上的激振力列阵；无阻尼情况下，在没有任何外界的激励作用时，结构系统产生的固有振动由下列方程给出由它所决定的固有振动呈谐振动形式，即u＝u0eiωt(5)将它代入方程(2)，得特征方程Ku0＝ω2Mu0(6)式中，ω为机体结构系统的固有振动频率；由此，求解机体结构系统的固有频率归结为一个广义特征问题；特征方程(4)所提供的特征值由下式求出由特征值λi求出ωi的平方值式中，ωi为机体结构系统的第i阶模态固有频率。进一步地，求解机体结构系统的固有振型具体包括：特征向量给出模态的位移形态，称为机体结构系统的第i阶固有振型。进一步地，对于N个自由度机体结构系统，具有N对特征对(ω和)，即式(7)下标i是从1到N内取值。本专利技术的有益效果：本专利技术通过仿真及试验并行分析对结构优化从而改变结构的刚度及系统固有频率的方法，达到主动减振的目的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种多旋翼减震仿真试验结合设计方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。如图1所示，首先针对无人机结构系统通过市面成熟的有限元软件进行动力学仿真分析，得到相应的固有频率、模态及振型，重点关注传感器安装面位移大的振型的模态固有频率与无人机工作频率是否接近。一种多旋翼减震仿真试验结合设计方法，包括如下步骤：S1、通过有限元软件进行仿真分析，得到机体结构系统的固有频率、模态及振型后，即可开展试验分析；S2、试验分析时，对样件在振动台上进行扫频振动试验，得到时域振动数据；S3、参考发动机、旋翼系统工作频率，进行定频试验，检验振动水平；S4、对S2中试验分析得到的时域振动数据进行快速傅里叶变换，得到频域数据，在频域图中得到典型共振增幅频率波段峰值对应的频率，即在频域图中通过峰值获取扫频区间内模态及对应固有频率；S5、再将S4中得到的频率对照S1中仿真分析得到的固有频率，修正仿真模型，从而提高分析结果精度；S6、对接近设计工作频率的固有频率对应的模态振型进行提取，参考相应振型对结构进行修改优化，重复上述步骤S1-S5，最后得到满足设计要求的振动水平。步骤S1中得到机体结构系统的固有频率的具体步骤为：机体结构系统固有频率的有限元分析中机体结构系统应变能为式中，E为材料弹性模量；εij为应变张量，εkl为应变张量，dV为微分体积；机体结构系统的动能为式中，为速度向量，ρ为密度；离散化为有限元模型，构成一个多自由度的机体结构系统，无阻尼机体矩阵方程为式中，M为机体结构系统的质量矩阵；K为机体结构系统的刚度矩阵；为机体结构系统的位移列阵；F为作用在机体结构系统上的激振力列阵；无阻尼情况下，在没有任何外界的激励作用时，结构系统产生的固有振动由下列方程给出由它所决定的固有振动呈谐振动形式，即u＝u0eiωt(5)将它代入方程(2)，得特征方程Ku0＝ω2Mu0(6)式中，ω为机体结构系统的固有振动频率；由此，求解机体结构系统的固有频率归结为一个广义特征问题；特征方程(4)所提供的特征值由下式求出由特征值λi求出ωi的平方值式中，ωi为机体结构系统的第i阶模态固有频率。求解机体结构系统的固有振型具体包括：特征向量给出模态的位移形态，称为机体结构系统的第i阶固有振型。对于N个自由度机体结构系统，具有N对特征对(ω和)，即式(7)下标i是从1到N内取值。本专利技术通过仿真及试验并行分析对结构优化从而改变结构的刚度及系统固有频率的方法，达到主动减振的目的。以上所述实施例仅表达了本专利技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多旋翼减震仿真试验结合设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、通过有限元软件进行仿真分析，得到机体结构系统的固有频率、模态及振型后，即可开展试验分析；/nS2、试验分析时，对样件在振动台上进行扫频振动试验，得到时域振动数据；/nS3、参考发动机、旋翼系统工作频率，进行定频试验，检验振动水平；/nS4、对S2中试验分析得到的时域振动数据进行快速傅里叶变换，得到频域数据，在频域图中得到典型共振增幅频率波段峰值对应的频率，即在频域图中通过峰值获取扫频区间内模态及对应固有频率；/nS5、再将S4中得到的频率对照S1中仿真分析得到的固有频率，修正仿真模型，从而提高分析结果精度；/nS6、对接近设计工作频率的固有频率对应的模态振型进行提取，参考相应振型对结构进行修改优化，重复上述步骤S1-S5，最后得到满足设计要求的振动水平。/n

【技术特征摘要】
1.一种多旋翼减震仿真试验结合设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、通过有限元软件进行仿真分析，得到机体结构系统的固有频率、模态及振型后，即可开展试验分析；
S2、试验分析时，对样件在振动台上进行扫频振动试验，得到时域振动数据；
S3、参考发动机、旋翼系统工作频率，进行定频试验，检验振动水平；
S4、对S2中试验分析得到的时域振动数据进行快速傅里叶变换，得到频域数据，在频域图中得到典型共振增幅频率波段峰值对应的频率，即在频域图中通过峰值获取扫频区间内模态及对应固有频率；
S5、再将S4中得到的频率对照S1中仿真分析得到的固有频率，修正仿真模型，从而提高分析结果精度；
S6、对接近设计工作频率的固有频率对应的模态振型进行提取，参考相应振型对结构进行修改优化，重复上述步骤S1-S5，最后得到满足设计要求的振动水平。


2.根据权利要求1所述的多旋翼减震仿真试验结合设计方法，其特征在于，步骤S1中得到机体结构系统的固有频率的具体步骤为：
机体结构系统固有频率的有限元分析中机体结构系统应变能为



式中，E为材料弹性模量；εij为应变张量，εkl为应变张量，dV为微分体积；
机体结构系统的动能为



式中，为速度向量，ρ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赫，饶大林，常艳祥，严小强，
申请(专利权)人：中航华东光电深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44