【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构力学，具体涉及一种摆锤式冲击机数字化模型建立方法。
技术介绍
1、核动力设备设计过程中，由于其不同的使用场景和载荷环境，设计过程中需考虑核动力设备遭受的冲击环境，安全一级设备需要满足抗冲击设计规范要求。中型冲击机作为标准认定的冲击试验考核装置，用来模拟设备在受到冲击后的响应，承担了大量且重要的设备冲击试验考核，为核动力各型设备的抗冲击结构完整性设计提供输入和考核结果。
2、目前，摆锤式中型冲击机由于试验承载范围大(200kg-2700kg)，可实现试验设备的横向和垂向冲击考核，基本覆盖核动力设备抗冲击考核试验需求。采用摆锤式中型冲击机进行设备冲击考核试验也有其局限，通常由于时间、经费的综合考虑，只进行一次冲击考核试验，但核动力设备冲击考核试验规范要求，至少需进行三次独立冲击试验，并且冲击考核试验具备破坏性，大大增加了考核成本。
3、另外由于摆锤式中型冲击机不可批量生产，目前国内可用于核动力设备冲击考核试验的冲击机数量较少，仅靠已有的摆锤式中型冲击机进行现场考核试验根本没法满足现有需求和设计任务的进展。且随着数字化发展，建立摆锤式中型冲击机数字虚拟试验机模型，采用仿真手段解决目前需求具有重要意义。
4、并且，由于冲击机结构、作用过程复杂，涉及各部件直接的连接关系，建立冲击机仿真数字化模型具有一定的难度和挑战。摆锤式中型冲击机基座和摆锤转动轴支架牢固地固定在共同的混凝土基础上；砧台为焊接框架结构，通过多根导向螺栓与冲击机基座连接在一起，通过四角的液压油缸进行限位及回落缓冲；衬轨通
5、专利技术人在实际研究中发现：现有大部分核动力设备冲击考核试验须依托摆锤式中型冲击机完成，但目前摆锤式中型冲击机数量少、试验成本高、耗时长，难以适应实际工程进度，急需建立摆锤式中型冲击机数字化模型代替冲击机真实冲击考核，完成虚拟仿真冲击考核试验。且目前并无针对摆锤式冲击机复杂作用过程的仿真模型，已有其他类型冲击机仿真模型多为三维模型，网格量和计算量极大，具有较大的不确定性，无法有效代替冲击机完成考核冲击考核试验。
技术实现思路
1、针对现有冲击机方针模型无法有效代替冲击机完成考核冲击考核试验的技术问题，本专利技术提供了一种摆锤式冲击机数字化模型建立方法，以参数化方式描述摆锤式冲击机结构、冲击作用过程，能够代替摆锤式冲击机完成设备冲击考核虚拟试验，并得到设备冲击环境，从而实现核动力设备冲击考核试验数字化，进而提高试验效率。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、本专利技术提供了一种摆锤式冲击机数字化模型建立方法，包括以下步骤：
4、s10、根据摆锤式冲击机建造时的混凝土基础质量、冲击机基座质量之和以及冲击机基座第一阶安装频率，计算得到混凝土基座周围螺旋弹簧刚度；
5、s20、根据砧台与摆锤式冲击机基座之间的单根导向螺栓轴向刚度和螺栓数量，计算砧台向上运动的刚度，并根据摆锤式冲击机的缓冲刚度和阻尼，计算砧台回落的刚度和阻尼；
6、s30、根据衬轨与砧台之间的螺栓轴向总刚度和法兰刚度，计算衬轨与砧台之间的连接刚度；
7、s40、根据单根支撑槽钢两端简支约束下模态质量，确定支撑槽钢参与质量，并计算支撑槽钢翘曲阻尼；
8、s50、根据被试设备质量、实际安装方式和动作频率，确定被试设备与摆锤式冲击机之间的连接刚度和动作阻尼；
9、s60、基于混凝土基础质量、砧台质量、衬轨质量、支撑槽钢参与质量、被试设备质量、混凝土基座周围螺旋弹簧刚度、砧台导向螺栓刚度、衬轨与砧台之间的连接刚度、支撑槽钢刚度、被试设备质量的连接刚度、砧台导向螺栓回落阻尼、支撑槽钢翘曲阻尼以及被试设备动作阻尼，在有限元分析软件中，建立摆锤式冲击机多自由动力学模型。
10、本专利技术提供的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，先分别获得到混凝土基座周围螺旋弹簧刚度、砧台向上运动的刚度、砧台回落的刚度和阻尼、衬轨与砧台之间的连接刚度、支撑槽钢参与质量、支撑槽钢翘曲阻尼、被试设备与摆锤式冲击机之间的连接刚度和动作阻尼，然后在有限元分析软件中，根据混凝土基础质量、砧台质量、衬轨质量、支撑槽钢参与质量、被试设备质量、混凝土基座周围螺旋弹簧刚度、砧台导向螺栓刚度、衬轨与砧台之间的连接刚度、支撑槽钢刚度、被试设备质量的连接刚度、砧台导向螺栓回落阻尼、支撑槽钢翘曲阻尼以及被试设备动作阻尼，建立摆锤式冲击机多自由动力学模型，从而建立摆锤式冲击机数字化模型，能够代替真实冲击机进行设备冲击考核试验，进而解决当前摆锤式冲击机数量少、试验成本高、耗时长的问题，大大提高试验效率与工程进度之间的矛盾。
11、并且，利用本专利技术建立的摆锤式冲击机模型为数字化模型，能够避免大规模网格量和计算量，并弥补现有数值模型无法准确模拟冲击机作用过程的缺点，能够快速、准确地完成设备冲击考核虚拟试验，获得冲击考核环境。
12、同时，本专利技术提供摆锤式冲击机数字化模型建立方法涉及的参数少、准确度高，能够适用于所有摆锤式冲击机建立数值模型。
13、具体而言，s10中，混凝土基座周围螺旋弹簧刚度的计算模型为k1＝(2πf1)2·m1；
14、式中：
15、f1为冲击机基座第一阶固有安装频率，
16、m1为混凝土基础质量，
17、k1为混凝土基座周围螺旋弹簧刚度。
18、具体而言，s20中：
19、单根导向螺栓轴向刚度的计算模型为式中，e为导向螺栓材料的弹性模量，a为导向螺栓最小径截面积，l为导向螺栓作用长度；
20、砧台向上运动的刚度计算模型为kup＝n轴·k轴，式中，n轴为导向螺栓个数，kup为砧台向上运动的刚度。
21、具体而言，s20中，砧台回落阻尼计算模型为式中，c2为砧台导向螺栓回落阻尼，ξ为阻尼系数，k缓冲为摆锤式冲击机液压油缸内缓冲弹簧的刚度，n缓冲为摆锤式冲击机液压油缸内缓冲弹簧的个数，m2为摆锤式冲击机砧台质量。
22、具体而言，当砧台向上运动时，位移为0～l1时，砧台导向螺栓刚度k2设置为0，位移大于l1时，砧台导向螺栓刚度k2设置为kup；
23、当砧台向下运动时，砧台导向螺栓刚度k2设置为kdown；
24、其中，l1为限位位移。
25、具体而言，s30中：
26、衬轨与砧台之间的螺栓轴向总刚度的计算模型为式中，kb为衬轨与砧台之间的螺栓轴向总刚度，nb为衬轨与砧台之间的螺栓个数，e为衬轨与砧台之间的螺栓材料的弹性模量，a为衬轨与砧台之间的螺栓最小径截面积，l为衬轨与砧台之间的螺栓作用长度；
27、法本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，S10中，混凝土基座周围螺旋弹簧刚度的计算模型为k1＝(2πf1)2·m1；
3.根据权利要求1所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，S20中：
4.根据权利要求3所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，S20中，砧台回落阻尼计算模型为式中，c2为砧台导向螺栓回落阻尼，ξ为阻尼系数，k缓冲为摆锤式冲击机液压油缸内缓冲弹簧的刚度，n缓冲为摆锤式冲击机液压油缸内缓冲弹簧的个数，m2为摆锤式冲击机砧台质量。
5.根据权利要求3所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，当砧台向上运动时，位移为0～L1时，砧台导向螺栓刚度k2设置为0，位移大于L1时，砧台导向螺栓刚度k2设置为kup；
6.根据权利要求1所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，S30中：
7.根据权利要求6所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，S30中，当砧台向上运动
8.根据权利要求1所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，S40中，支撑槽钢参与质量的计算模型为式中，m4为支撑槽钢参与质量，ma为单根支撑槽钢模态质量，L为支撑槽钢简支总长度，a为被试设备跨距，n为支撑槽钢数量。
9.根据权利要求8所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，S40中，支撑槽钢翘曲阻尼的计算模型为式中，c4为支撑槽钢翘曲阻尼，m5为被试设备质量，kw为槽钢翘曲时的支撑槽钢刚度，ks为槽钢凹曲时的支撑槽钢刚度。
10.根据权利要求1所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，S60包括步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，s10中，混凝土基座周围螺旋弹簧刚度的计算模型为k1＝(2πf1)2·m1；
3.根据权利要求1所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，s20中：
4.根据权利要求3所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，s20中，砧台回落阻尼计算模型为式中，c2为砧台导向螺栓回落阻尼，ξ为阻尼系数，k缓冲为摆锤式冲击机液压油缸内缓冲弹簧的刚度，n缓冲为摆锤式冲击机液压油缸内缓冲弹簧的个数，m2为摆锤式冲击机砧台质量。
5.根据权利要求3所述的摆锤式冲击机数字化模型建立方法，其特征在于，当砧台向上运动时，位移为0～l1时，砧台导向螺栓刚度k2设置为0，位移大于l1时，砧台导向螺栓刚度k2设置为kup；
6.根据权利要求1所述的摆锤式冲...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘帅，熊夫睿，吴万军，黄旋，冯志鹏，曾未，齐欢欢，张锐，张文正，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：
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