一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法技术

本发明专利技术提供了一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法，首先提取复合阻尼结构确定性参数信息和不确定性参数信息，将边界条件数值化；然后根据阻尼材料实际制备中产生的随机性，定义随机变量、材料参数变异系数值；其次，建立基于修正傅里叶谱方法的复合阻尼结构振动模型，得到确定结构的固有频率；最后将傅里叶谱方法与摄动理论结合，构建傅里叶谱

【技术实现步骤摘要】
一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法


[0001]本专利技术属于阻尼结构振动分析领域，尤其涉及一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法。

技术介绍

[0002]复合阻尼结构具有轻质、高比刚度和比强度、优良的减振降噪性能而被广泛应用于航空航天、军事装备、制造装备、科技建筑等领域。在现实中，复合阻尼结构本身及其应用场合普遍存在着各种随机性，其中的阻尼材料是结构良好减振性能的主要原因，通常阻尼层厚度较厚，而由于本身不可能为理想均质，不可避免地存在着缺陷、裂纹、不均匀等情况，并且在阻尼材料制备生产和结构加工过程中，材料参数往往具有一定的随机性，使得复合阻尼结构的振动特性更为复杂和难以预测，在工程设计中无法完全避开共振频率，从而导致共振的发生。
[0003]为了更好地揭示随机参数影响下复合阻尼结构的减振降噪特性，有必要在自由振动基础上，从统计角度对复合阻尼结构的随机动力学特性进行深入研究，而传统有限元技术虽然在动力学建模方面有很高的灵活度，但对于材料随机参数带来的不确定结构会存在大量重复建模问题，导致计算代价过大，因此，建立一种能够充分考虑阻尼材料随机参数并且具有较高计算效率和精度的复合阻尼结构振动分析预报方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法，求出由于材料随机性导致的共振频率区间，从而进行避免共振发生的有效设计，该方法具有计算效率高、振动预报准确、适用于任意边界条件的特点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：提取复合阻尼结构确定性参数信息和不确定性参数信息，提取结构边界条件信息，并将边界条件数值化；
[0008]步骤二：根据阻尼材料实际制备中产生的随机性，将阻尼材料的弹性模量、密度设置为随机变量，并服从正态分布，定义材料参数变异系数值；
[0009]步骤三：建立基于傅里叶谱方法的复合阻尼结构振动模型，将步骤一中的确定参数信息和边界信息输入，输出确定结构系统的刚度矩阵和质量矩阵，并得到确定结构的固有频率f
i
；
[0010]步骤四：结合摄动理论，建立基于傅里叶谱
‑
摄动法的随机参数复合阻尼结构振动预报模型，将步骤二阻尼材料随机参数的统计量信息和步骤三求得的刚度、质量矩阵以及确定结构的固有频率输入，输出随机参数复合阻尼结构的振动预报信息，包含固有频率期望、方差、变异系数以及概率密度函数，同时得到结构固有频率的上下限值。
[0011]进一步的，所述材料随机参数为阻尼层材料参数，由变异系数表征其数据的离散程度。
[0012]进一步的，所述步骤三中，根据瑞利
‑
里兹原理建立傅里叶谱求解器进行求解，将修正傅里叶谱函数带入到整体能量泛函，并应用泛函对未知系数求极值，得到复合阻尼梁的振动控制方程。
[0013]进一步的，所述基于傅里叶谱
‑
摄动法的随机参数复合阻尼结构振动预报模型构建包括：构建复合阻尼结构的振动位移域及修正傅里叶谱位移函数，基层、面层和阻尼层的应变能函数和动能函数，随机参数复合阻尼结构振动控制方程，傅里叶谱
‑
摄动求解器。
[0014]进一步的，构建复合阻尼结构的振动位移域的具体方法为，基于Reddy高阶剪切变形理论根据层间位移连续性条件，用基层和面层的位移表示阻尼层位移。
[0015]进一步的，所述随机参数复合阻尼结构振动预报模型中的特征值是以均值为中心的一阶及二阶导数。
[0016]进一步的，所述随机参数复合阻尼结构振动预报模型中阻尼层的剪切模量和密度均为随机参数。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术相比较传统结构振动预报方法，充分考虑了随机参数对结构振动的影响，可用于任意边界条件下含随机参数的复合阻尼结构振动固有频率预报，可定量计算出由于材料随机性对复合阻尼结构振动固有频率的影响，并给出固有频率可能出现的上下限值，从而指导复合阻尼结构设计，有效降低结构共振发生的概率；
[0019]本专利技术具有计算精度好、效率高、适用于任意边界条件和结构厚度的优点。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
[0021]图1是本专利技术方法的流程图；
[0022]图2是复合阻尼梁的结构示意图；
[0023]图3是实施例中本专利技术与三次蒙特卡洛模拟数值结果对比。
具体实施方式
[0024]下面给出具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本专利技术技术方案为前提的最佳实施例，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0025]具体实施方式：
[0026]以复合阻尼梁结构为技术实施对象，一种考虑材料随机参数的复合阻尼结构振动预报方法，执行步骤如图1所示：
[0027]步骤一：提取复合阻尼结构确定性参数信息，包含确定的几何参数和材料参数，提取复合阻尼结构不确定性参数信息，包含阻尼材料随机参数的期望值；提取结构边界条件
信息，并将边界条件数值化；具体包括以下步骤：
[0028]1)根据产品结构，提取复合阻尼梁的确定性参数信息，复合阻尼梁结构确定性参数有长度L，基层厚度h
s
，阻尼层厚度h
v
以及面层厚度h
c
，非阻尼层材料参数弹性模量E、密度ρ和泊松比μ，选取阻尼材料的随机参数有弹性模量E
v
和密度ρ
v
，其期望值即为产品的初始设计值，即μ
Ev
和μ
ρv
；
[0029]2)复合阻尼梁结构的边界条件信息属于确定性参数，利用边界弹簧技术将复合阻尼梁任意边界等效成储存在边界弹簧中的弹性势能，具体通过引入边界罚因子将边界约束合力与合力矩数值化，形成代数边界形式，从而将经典和非经典边界条件参数化，此时，储存在边界弹簧的势能可表达为：
[0030][0031]其中，罚因子k为等效的线弹簧刚度，K为等效的扭转弹簧刚度，罚因子上角标代表边界位置，下角标代表约束的位移函数；
[0032]广义弹簧边界条件与边界处的力和力矩有如下关系：
[0033][0034]如简支边界条件可表示为：k
u
＝10
14
，k
w
＝10
14
，K
w
＝0，K
φ
＝0，即实现了边界条件的数值化。
[0035]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：提取复合阻尼结构确定性参数信息和不确定性参数信息，提取结构边界条件信息，并将边界条件数值化；步骤二：根据阻尼材料实际制备中产生的随机性，将阻尼材料的弹性模量、密度设置为随机变量，并服从正态分布，定义材料参数变异系数值；步骤三：建立基于傅里叶谱方法的复合阻尼结构振动模型，将步骤一中的确定参数信息和边界信息输入，输出确定结构系统的刚度矩阵和质量矩阵，并得到确定结构的固有频率f
i
；步骤四：结合摄动理论，建立基于傅里叶谱
‑
摄动法的随机参数复合阻尼结构振动预报模型，将步骤二阻尼材料随机参数的统计量信息和步骤三求得的刚度、质量矩阵以及确定结构的固有频率输入，输出随机参数复合阻尼结构的振动预报信息，包含固有频率期望、方差、变异系数以及概率密度函数，同时得到结构固有频率的上下限值。2.根据权利要求1所述的一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法，其特征在于，所述材料随机参数为阻尼层材料参数，由变异系数表征其数据的离散程度。3.根据权利要求1所述的一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法，其特征在于，所述步骤三中，根据瑞...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨传猛，邱明，叶天贵，靳国永，王景，董艳方，李军星，庞晓旭，胡鹏宇，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：