飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法技术

本发明专利技术公开了一种飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法，包括步骤：一、建立管路附件的有限元模型；二、将管路附件的有限元模型中的所有单元节点分为保留节点和舍去节点；三、对管路附件的有限元模型进行自由度缩减，并提取缩减后的刚度矩阵和缩减后的质量矩阵；四、根据缩减后的刚度矩阵和缩减后的质量矩阵进行管路附件的等效缩减结构的设计。本发明专利技术通过对飞机机载设备的管路附件进行自由度缩减，在不降低等效模拟效果的同时，极大的减少了后期等效缩减结构尺寸计算时的计算量，使等效缩减结构能够与振动试验设备相匹配的同时，还能更好地等效模拟管路附件的动力学特性，保证振动试验结果的真实性和准确性。动试验结果的真实性和准确性。动试验结果的真实性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法


[0001]本专利技术属于结构动力学振动试验
，具体涉及一种飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法。

技术介绍

[0002]为了评估飞机的功能和耐久性能，需要对飞机关键构件进行振动试验，飞机关键构件包括飞机机载设备上的带有的管路附件，在对管路附件进行振动试验时，通常需要对其主连接结构和附件连接结构进行夹具设计，并安装至振动试验台面上进行验证试验。但由于大多数管路附件结构比较细长，且空间构型复杂，很难按照原结构完全的安装至振动台面上，则需对管路附件结构进行动力学等效设计以满足振动试验要求，同时也要求最大程度的模拟管路附件结构的动力学特性。传统的等效设计方式比较随意，一般根据振动台面大小和细长管路长度，选取一定长度的直管路，分别连接在机载设备和试验夹具上，没有特定的设计原则支持。因此，现如今缺少一种方法设计合理且等效结果准确度高的飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法，通过对飞机机载设备的管路附件进行自由度缩减，在不降低等效模拟效果的同时，极大的减少了后期等效缩减结构尺寸计算时的计算量，使等效缩减结构能够与振动试验设备相匹配的同时，还能更好地等效模拟管路附件的动力学特性，保证振动试验结果的真实性和准确性。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法，所述飞机关键构件包括飞机机载设备的管路附件，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、建立管路附件的有限元模型；步骤二、将管路附件的有限元模型中的所有单元节点分为保留节点和舍去节点；保留节点即为模型等效缩减后保留下来的节点，舍去节点为模型等效缩减后删除的节点；步骤三、根据选取的保留节点和舍去节点，且仅考虑平行于管路附件法线方向的自由度，利用SEREP缩聚法对管路附件的有限元模型进行自由度缩减，并提取缩减后的刚度矩阵和缩减后的质量矩阵；步骤四、根据缩减后的刚度矩阵和缩减后的质量矩阵进行管路附件的等效缩减结构的设计，所述等效缩减结构为质量
‑
弹簧系统形式。
[0005]上述的飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法，其特征在于：步骤三的具体步骤为：步骤301、提取管路附件的有限元模型的刚度矩阵K和质量矩阵M；步骤302、对管路附件的有限元模型进行模态分析，得到管路附件的弹性模态矩
阵，将管路附件弹性模态矩阵中的前p阶弹性模态矩阵记做，将前p阶弹性模态矩阵按照主从自由度的顺序分解为保留节点对应的子弹性模态矩阵和舍去节点对应的子弹性模态矩阵；其中，将所有保留节点对应的平行于管路附件法线方向的自由度数之和记做主自由度m，将所有舍去节点对应的平行于管路附件法线方向的自由度数之和记做从自由度s，p≤m；步骤303、根据公式，得到缩减变换矩阵T，其中为的广义逆矩阵；步骤304、根据公式,得到缩减后的刚度矩阵；根据公式,得到缩减后的质量矩阵。
[0006]上述的飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法，其特征在于：步骤四的具体步骤为：步骤401、将管路附件的等效缩减结构设计为质量
‑
弹簧系统形式，质量
‑
弹簧系统两端固支，所述管路附件的等效缩减结构包括m+1个梁杆和连接在相邻的两个梁杆之间的球形质量块，所述质量
‑
弹簧系统中的弹簧刚度与梁杆的弯曲刚度相等；其中，球形质量块的数量、主自由度m的值和保留节点的数量均相同，保留节点的数量为1或2；步骤402、对缩减后的刚度矩阵进行SVD分解，得到矩阵的特征值，对缩减后的质量矩阵进行SVD分解，得到矩阵的特征值,其中，i=1,...,m；步骤403、以特征值作为梁杆的等效刚度，计算梁杆的截面半径；以特征值作为球形质量块的等效质量，计算球形质量块的半径；所有保留节点组成的单元的总长度即为等效缩减结构的长度。
[0007]上述的飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法，其特征在于：当保留节点的数量为1时，步骤四的具体步骤为：A1、将管路附件的等效缩减结构设计为质量
‑
弹簧系统形式，质量
‑
弹簧系统两端固支，所述管路附件的等效缩减结构由一个球形质量块和两个对称连接在球形质量块两侧的梁杆组成；梁杆与球形质量块螺纹连接，两个梁杆的螺纹连接端之间具有间距；A2、对缩减后的刚度矩阵进行SVD分解，得到矩阵的特征值，对缩减后的质量矩阵进行SVD分解，得到矩阵的特征值；
A3、根据公式，计算梁杆的截面半径，其中，E为梁杆的弹性模量，I为梁杆截面惯性矩，L为所有保留节点组成单元的总长度；根据公式，计算球形质量块的半径，其中，ρ为球形质量块密度；两个梁杆的长度相同，两个梁杆各自远离球形质量块一端的间距为L。
[0008]上述的飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法，其特征在于：当保留节点的数量为2时，步骤四的具体步骤为：S1、将管路附件的等效缩减结构设计为质量
‑
弹簧系统形式，质量
‑
弹簧系统两端固支，所述管路附件的等效缩减结构由依次螺纹连接且同轴布设的一号梁杆、一号球形质量块、二号梁杆、二号球形质量块和三号梁杆组成；S2、对缩减后的刚度矩阵进行SVD分解，得到矩阵的特征值和特征值，对缩减后的质量矩阵进行SVD分解，得到矩阵的特征值和特征值；S3、当时，根据公式，计算一号梁杆的截面半径，根据公式，计算二号梁杆的截面半径，根据公式，计算三号梁杆的截面半径；当时，根据公式，计算一号梁杆的截面半
径，根据公式，计算二号梁杆的截面半径，根据公式，计算三号梁杆的截面半径；其中，E为梁杆的弹性模量，为一号梁杆的截面惯性矩,为二号梁杆的截面惯性矩，为三号梁杆的截面惯性矩；为一号球形质量块对应的保留节点到靠近该保留节点的固支边界之间的单位的长度，为两个保留节点之间的单位的长度，为二号球形质量块对应的保留节点到靠近该保留节点的固支边界之间的单位的长度；S4、根据公式，计算一号球形质量块的半径，根据公式，计算二号球形质量块的半径，其中，ρ为球形质量块密度。
[0009]本专利技术与现有技术相比的优点为：本专利技术通过对飞机机载设备的管路附件进行自由度缩减，在不降低等效模拟效果的同时，极大的减少了后期等效缩减结构尺寸计算时的计算量，使等效缩减结构能够与振动试验设备相匹配的同时，还能更好地等效模拟管路附件的动力学特性，保证振动试验结果的真实性和准确性，也为其它类似的结构在振动试验中的等效设计提供了完整的设计流程。
[0010]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例1的等效缩减结构的结构示意图。
[0012]图2为本专利技术实施例2的等效缩减结构的结构示意图。
[0013]图3为本专利技术的方法流程框图。
[0014]附图标记说明:1—梁杆；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法，所述飞机关键构件包括飞机机载设备的管路附件，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、建立管路附件的有限元模型；步骤二、将管路附件的有限元模型中的所有单元节点分为保留节点和舍去节点；保留节点即为模型等效缩减后保留下来的节点，舍去节点为模型等效缩减后删除的节点；步骤三、根据选取的保留节点和舍去节点，且仅考虑平行于管路附件法线方向的自由度，利用SEREP缩聚法对管路附件的有限元模型进行自由度缩减，并提取缩减后的刚度矩阵和缩减后的质量矩阵；步骤四、根据缩减后的刚度矩阵和缩减后的质量矩阵进行管路附件的等效缩减结构的设计，所述等效缩减结构为质量
‑
弹簧系统形式。2.按照权利要求1所述的飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法，其特征在于：步骤三的具体步骤为：步骤301、提取管路附件的有限元模型的刚度矩阵K和质量矩阵M；步骤302、对管路附件的有限元模型进行模态分析，得到管路附件的弹性模态矩阵，将管路附件弹性模态矩阵中的前p阶弹性模态矩阵记做，将前p阶弹性模态矩阵按照主从自由度的顺序分解为保留节点对应的子弹性模态矩阵和舍去节点对应的子弹性模态矩阵；其中，将所有保留节点对应的平行于管路附件法线方向的自由度数之和记做主自由度m，将所有舍去节点对应的平行于管路附件法线方向的自由度数之和记做从自由度s，p≤m；步骤303、根据公式，得到缩减变换矩阵T，其中为的广义逆矩阵；步骤304、根据公式,得到缩减后的刚度矩阵；根据公式,得到缩减后的质量矩阵。3.按照权利要求2所述的飞机关键构件在振动试验中的等效设计方法，其特征在于：步骤四的具体步骤为：步骤401、将管路附件的等效缩减结构设计为质量
‑
弹簧系统形式，质量
‑
弹簧系统两端固支，所述管路附件的等效缩减结构包括m+1个梁杆（1）和连接在相邻的两个梁杆（1）之间的球形质量块（2），所述质量
‑
弹簧系统中的弹簧刚度与梁杆（1）的弯曲刚度相等；其中，球形质量块（2）的数量、主自由度m的值和保留节点的数量均相同，保留节点的数量为1或2；步骤402、对缩减后的刚度矩阵进行SVD分解，得到矩阵的特征值，对缩减后的质量矩阵进行SVD分解，得到矩阵的特征值,其中，i=1,...,m；
步骤403、以特征值作为梁杆（1）的等效刚度，计算梁杆（1）的截面半径；以特征值作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬文，刘继军，李益萱，黎伟明，白春玉，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：