【技术实现步骤摘要】
基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶方法及系统
本专利技术涉及计算结构动力学、动力学响应分析领域，具体地，涉及一种基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶方法及系统。
技术介绍
对于组装而成的结构，其中间不可避免的存在间隙，对于这类有间隙的结构刚度特性往往呈现出双折线的特点，即在间隙区内结构支撑刚度为0或很小，而在间隙区外结构呈现线性刚度特性。这类问题在飞行器设计中最常见的就是舵系统。舵系统由舵面、舵机和传动机构组成，传动机构由齿轮构成，舵面和舵机之间的传动实际上是有间隙的。传统的对于含有间隙舵面的气动弹性分析中，往往采用等效刚度的方法，即频域方法。该方法只能够得到极限环的幅值，但是无法得到整个系统的响应历程。时域方法研究的难点在于含间隙舵面的动力学降阶模型建立，其核心问题是含间隙的结构其刚度特性是分段线性变化的，比如双折线变化，其中折线段的模态和间隙段的模态构成的两个状态空间是无法覆盖的，即无法用折线段的模态来描述间隙段的振动形式，反之亦然。对于这类结构可以采用全阶有限元模型进行动力学响应计算，但这样做不仅消耗更多的计算资...
【技术保护点】
1.一种基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶方法，其特征在于，包括：/n步骤S1：对几何模型进行有限元网格划分，定义网格的单元属性和材料属性，设置边界条件，分别建立间隙状态和非间隙状态结构动力学模型；/n步骤S2：在间隙状态结构动力学模型的质量矩阵上增加虚质量矩阵，得到包含虚质量的结构动力学模型；/n步骤S3：对虚质量的结构动力学模型进行模态计算得到相应的模态矩阵Φ
【技术特征摘要】
1.一种基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶方法，其特征在于，包括：
步骤S1：对几何模型进行有限元网格划分，定义网格的单元属性和材料属性，设置边界条件，分别建立间隙状态和非间隙状态结构动力学模型；
步骤S2：在间隙状态结构动力学模型的质量矩阵上增加虚质量矩阵，得到包含虚质量的结构动力学模型；
步骤S3：对虚质量的结构动力学模型进行模态计算得到相应的模态矩阵Φf；
步骤S4：利用模态矩阵Φf对非间隙状态结构动力学模型进行第一次降阶，得到第一次降阶后的非间隙状态动力学降阶模型；
步骤S5：对第一次降阶后的非间隙状态结构动力学模型再次进行模态计算得到模态矩阵χb；
步骤S6：根据模态矩阵χb构造虚质量降阶模态矩阵Φb；
步骤S7：对第一次降阶后的非间隙状态动力学降阶模型进行二次降阶，得到最终的非间隙状态动力学降阶模型；
所述间隙状态结构动力学模型是指采用有限元方法建立的结构动力学模型，间隙状态结构动力学模型的刚度矩阵在相应的间隙自由度上无约束；
所述非间隙状态结构动力学模型是指采用有限元方法建立的结构动力学模型，非间隙状态结构动力学模型的刚度矩阵在相应的间隙自由度上存在约束刚度。
2.根据权利要求1所述的基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶计算方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
所述间隙状态结构动力学模型：
其中，M表示质量矩阵；K表示刚度矩阵；x表示位移向量；表示加速度向量；
所述非间隙状态结构动力学模型：
其中，ΔK表示折线刚度矩阵，折线刚度矩阵只在相应的间隙自由度上有值，其余自由度为0；所述折线刚度矩阵通过地面静刚度试验测量得到。
3.根据权利要求1所述的基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
其中，Mf表示虚质量矩阵，所述虚质量矩阵Mf只在间隙自由度上有值，其余位置为0。
4.根据权利要求1所述的基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶计算方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
令全阶位移x＝Φfξf，并将x＝Φfξf带入非间隙状态结构动力学模型中,对非间隙状态结构动力学模型进行第一次降阶：
其中，ξf表示广义位移；上标T表示转置；表示广义加速度。
5.根据权利要求1所述的基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶计算方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
对第一次降阶后的非间隙状态结构动力学模型进行模态分析，并令第一次降阶后的非间隙状态结构动力学模型中质量矩阵归一化为单位矩阵，得到特征向量χb。
6.根据权利要求1所述的基于虚质量的间隙结构动力学模型降阶计算方法，其特征在于，所述步骤S6包括：
Φb＝Φfχb(5)
其中，Φb表示虚质量降阶模态矩阵。
7.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：窦怡彬，李煜，陆云超，李宗阳，刘陆广，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，上海神箭机电工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。