CN110188512B - 一种单双联卡箍管路系统建模的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种单双联卡箍管路系统建模的方法，其包括：采用梁单元对两条管路进行离散化处理，得到两条管路的有限元模型，所述两条管路上设置有双联卡箍和单联卡箍；对测得的双联卡箍的刚度进行离散化等效处理，得到双联卡箍离散化模型；对单联卡箍的刚度得到单联卡箍等效刚度；通过将所述双联卡箍离散化模型以及所述单联卡箍等效刚度引入到所述两条管路的有限元模型中，构建单双联卡箍管路系统有限元模型。本发明实施例提供的方法考虑单联卡箍和双联卡箍宽度的影响，在获得单联卡箍和双联卡箍刚度的基础上，建立较为准确的单双联卡箍管路系统的动力学模型。

Description

一种单双联卡箍管路系统建模的方法
技术领域
本发明涉及机械动力学技术领域，尤其涉及一种单双联卡箍管路系统建模的方法。
背景技术
航空发动机外部管路是航空发动机的重要组成部分，管路是航空发动机滑油系统、燃油系统、调节系统和起动系统等附件器件与其他附件连接的重要部件，一般通过卡箍固定于机匣上或者通过卡箍彼此相连，构成复杂的管路系统。长期以来，由机匣振动引起的航空发动机外部管路失效一直是影响发动机可靠性的重要问题。因此准确的建立卡箍管路系统的动力学模型尤为重要。
关于卡箍的动力学建模方面，尹泽勇和陈亚农基于NASTRAN有限元软件，对典型双管悬地卡箍进行有限元分析，获得不同方向(共4个)的刚度值并通过试验验证了其中两个方向的刚度计算结果。Bezborodov和Ulanov通过静态试验获得了双联卡箍的单个方向刚度，并且基于ANSYS软件，采用弹簧单元模拟双联卡箍，同时考虑管接头的影响，建立了双联卡箍管路系统有限元模型，进一步通过试验验证了模型的有效性。Gao等基于试验获得飞机管路橡胶卡箍不同方向的刚度，并且将其简化为弹簧支承，通过模态试验验证了管路系统动力学模型的有效性。李鑫和王少萍将卡箍简化成单根弹簧，并利用传递矩阵法对卡箍位置进行优化布局以降低管路的振动幅值。
目前，关于管路系统动力学建模的研究较为成熟，权凌霄等针对固支和弹支边界条件下的液压管路进行了模态及应力分析。Liu等对单管路、多卡箍约束的充液管路进行了动力学特性分析。Elfelsoufi等在弹性边界支承的基础上，进一步考虑了弹性地基对于管路振动的影响。Ding等研究了非线性隔振器对管路系统造成的非线性动力学行为。Tang等建立了复杂空间管路卡箍系统的动力学模型，并对卡箍的位置进行优化布局。
但是，目前对于航空发动机管路系统动力学建模的研究大多侧重于单管路系统，而关于双管路系统的研究相对较少，且目前关于双联卡箍的力学特性分析并不全面，亦缺乏单-双联卡箍管路系统的建模研究，而双联卡箍广泛存在于航空发动机的外部管路当中，因此对双联卡箍的特性研究是十分必要的。
可见，现有技术中对没有针对单-双联卡箍管路系统提供有效的建模方法。
上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种单双联卡箍管路系统建模的方法，解决现有技术中没有针对单-双联卡箍管路系统的振动力学提供有效的建模方法的的问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明一实施例提供一种单双联卡箍管路系统建模的方法，其包括：
采用梁单元对两条管路进行离散化处理，得到两条管路的有限元模型，所述两条管路上设置有双联卡箍和单联卡箍；
对测得的双联卡箍的刚度进行离散化等效处理，得到双联卡箍离散化模型；
对单联卡箍的刚度得到单联卡箍等效刚度；
通过将所述双联卡箍离散化模型以及所述单联卡箍等效刚度引入到所述两条管路的有限元模型中，构建单双联卡箍管路系统有限元模型。
本发明的一个实施例中，所述两条管路为平行设置的第一管路和第二管路，且所述第一管路和所述第二管路的中心距离为所述双联卡箍的标准中心距。
本发明的一个实施例中，所述双联卡箍的标准中心距为21mm。
本发明的一个实施例中，所述第一管路和所述第二管路为交错布置，且所述第一管路和所述第二管路的交错距离为50mm。
本发明的一个实施例中，所述第一管路和所述第二管路上在所述双联卡箍两侧还分别设置有一个单联卡箍，且所述第一管路上单联卡箍的相对位置与所述第二管路上单联卡箍的相对位置相同。
本发明的一个实施例中，所述对测得的双联卡箍的刚度进行离散化等效处理包括：
将所述双联卡箍的刚度沿z方向等效离散为2个线刚度弹簧和2个角刚度弹簧，所述线刚度弹簧的y方向线刚度为Ky/2，所述角刚度弹簧的x方向角刚度为Kθx/2以及y方向角刚度为Kθy/2；
对所述双联卡箍在对应刚度方向的y方向线刚度为Ky/2、x方向角刚度为Kθx/2以及y方向角刚度为Kθy/2的测试结果得到迟滞回线，并对所述迟滞回线进行拟合得到拟合刚度；
对x方向线刚度为Kx/2利用遗传算法结合模态实验测试求得最优解，得到最优刚度值；
对所述拟合刚度和所述最优刚度值求取平均值，每个方向的刚度值可以表示为：
Figure GDA0003907932520000031
其中，Kd代表不同方向的卡箍刚度，Kdi代表该方向第i次拟合获得的拟合刚度，n的值为4。
本发明的一个实施例中，所述利用遗传算法结合模态实验测试求得最优解包括：
通过模态试验可以获得试验的各阶固有频率，建立适应度函数表示为：
Figure GDA0003907932520000032
其中i的取值范围为1～11，代表优化的目标函数为系统的前11阶固有频率；Wi为平衡因子，取值范围为0～1，foni为当前最优个体仿真计算的固有频率，fomi为试验测得的固有频率；
根据已测定的卡箍刚度范围进行确定约束条件，Kx取值范围表示为：
1×105N/m≤Kx≤9×107N/m
经过种群繁衍后满足终止迭代条件时得到所述最优解。
本发明的一个实施例中，所述双联卡箍和所述单联卡箍的宽度为14mm。
本发明的一个实施例中，所述卡箍测试过程中一次完整的测试顺序为：正向加载-正向卸载-反向加载-方向卸载。
本发明的一个实施例中，所述单双联卡箍管路系统有限元模型的运动微分方程为：
Figure GDA0003907932520000041
其中M为系统质量矩阵，C为系统阻尼矩阵，K为系统刚度矩阵，包括管路中管体的刚度和卡箍等效刚度，u为系统广义坐标，Fu为外激励矢量；其中阻尼矩阵C采用瑞利阻尼来确定，即C＝αM+βK，α和β为瑞利阻尼系数。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明实施例提供的单双联卡箍管路系统建模的方法，考虑单联卡箍和双联卡箍宽度的影响，在获得单联卡箍和双联卡箍刚度的基础上，建立较为准确的单双联卡箍管路系统的动力学模型。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种单双联卡箍管路系统建模的方法的流程图；
图2为本发明一实施例中管路单元模型Timoshenko单元的示意图；
图3为本发明一实施例中双联卡箍的示意图；
图4为本发明一实施例中y向双联卡箍离散化模型图；
图5为本发明一实施例中迟滞回线及拟合刚度测试曲线图；
图6为本发明一实施例中进行4次试验标定获得的拟合刚度图；
图7为本发明一实施例中双联卡箍管路系统模态测试示意图；
图8为本发明一实施例中最佳适应度值的示意图；
图9为本发明一实施例中最优个体的参数示意图；
图10为本发明一实施例中双联卡箍离散化模型YOZ面外频响函数示意图；
图11为本发明一实施例中双联卡箍离散化模型YOZ面内频响函数示意图；
图12为本发明一实施例中单双联卡箍管路系统有限元模型的示意图；
图13为本发明一实施例中单双联卡箍管路系统刚度矩阵组集的示意图；
图14为本发明一实施例中单双联卡箍管路系统模态测试示意图；
图15为本发明一实施例中单双联卡箍管路系统YOZ面外频响函数对比图；
图16为本发明一实施例中单双联卡箍管路系统YOZ面内频响函数对比图；
图17为本发明一实施例中前10阶仿真与试验振型对比图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明中考虑单/双联卡箍宽度的影响，在获得双联卡箍力学模型的基础上，建立了单-双联卡箍管路系统的动力学模型，并且通过模态试验验证了单双联卡箍管路模型的有效性。
图1为本发明一实施例提供的一种单双联卡箍管路系统建模的方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
如图1所示，在步骤S110中，采用梁单元对两条管路进行离散化处理，得到两条管路的有限元模型，所述两条管路上设置有双联卡箍和单联卡箍；
如图1所示，在步骤S120中，对测得的双联卡箍的刚度进行离散化等效处理，得到双联卡箍离散化模型；
如图1所示，在步骤S130中，对单联卡箍的刚度得到单联卡箍等效刚度；
如图1所示，在步骤S140中，通过将所述双联卡箍离散化模型以及所述单联卡箍等效刚度引入到所述两条管路的有限元模型中，构建单双联卡箍管路系统有限元模型。
在图1所示本发明实施例所提供的技术方案中，提供一种单双联卡箍管路系统建模的方法，考虑单联卡箍和双联卡箍宽度的影响，在获得单联卡箍和双联卡箍刚度的基础上，建立较为准确的单双联卡箍管路系统的动力学模型。
以下对图1所示实施例的各个步骤的具体实现进行详细阐述：
在步骤S110中，采用梁单元对两条管路进行离散化处理，得到两条管路的有限元模型，所述两条管路上设置有双联卡箍和单联卡箍。
在本发明的一个实施例中，采用的梁单元就是Timoshenko梁单元，本实施例中忽略管体的轴向及扭转变形，仅考虑其弯曲及摆动变形，采用Timoshenko梁单元建立管路有限元模型。
图2为本发明一实施例中管路单元模型Timoshenko单元的示意图，本实施例中采用的单元局部坐标系为oxyz，xA、yA、xB、yB分别为A、B节点的x、y方向的位移，θxA、θyA、θxB、θyB分别为x、y方向的转角，梁单元的自由度可以表示为：
ue＝[xA yA θxA θyA xB yB θxB θyB]T 公式(1)
其中，公式(1)中的上标e代表一个单元。
在本发明一实施例中，所述两条管路为平行设置的第一管路和第二管路，且所述第一管路和所述第二管路的中心距离为所述双联卡箍的标准中心距。第一管路与第二管路的尺寸及材料参数完全相同，参见表1所示，且均位于固定坐标系YOZ平面内。
表1
Figure GDA0003907932520000071
在本发明一实施例中，所述第一管路和所述第二管路上在所述双联卡箍两侧还分别设置有一个单联卡箍，且所述第一管路上单联卡箍的相对位置与所述第二管路上单联卡箍的相对位置相同。
在步骤S120中，对测得的双联卡箍的刚度进行离散化等效处理，得到双联卡箍离散化模型。
在本发明一实施例中，该步骤中考虑双联卡箍宽度的影响，对双联卡箍刚度进行离散化等效处理，建立双联卡箍的离散化模型(以y向为例)。
图3为本发明一实施例中双联卡箍的示意图，相应的，图4为本发明一实施例中y向双联卡箍离散化模型图，如图4所示，双联卡箍的宽度为14mm。需要说明的是，由于本实施例中的双联卡箍为悬空卡箍，其质量为22.5g，相对于管路的质量而言不可忽略，故将其质量均分为4个集中质量点，施加到线性弹簧所对应的管路节点上。
通常，刚度值可以经过测量得到，但是由于双联卡箍在x方向的拉伸及压缩会导致其绕z轴转动，因此不能通过试验直接测试的方式来确定其刚度值，即双联卡箍x向线刚度Kx无法进行试验测试，因此卡箍刚度值的来源分为两部分，一部分基于测量装置得到，另一部是基于遗传算法结合模态试验搜索其最优解得到，具体如下：
首先，将所述双联卡箍的刚度沿z方向等效离散为2个线刚度弹簧和2个角刚度弹簧，所述线刚度弹簧的y方向线刚度为Ky/2，所述角刚度弹簧的x方向角刚度为Kθx/2以及y方向角刚度为Kθy/2，其刚度值分别为该方向试验测得刚度的1/2。
其次，对所述双联卡箍在对应刚度方向的y方向线刚度为Ky/2、x方向角刚度为Kθx/2以及y方向角刚度为Kθy/2的测试结果得到迟滞回线，并对所述迟滞回线进行拟合得到拟合刚度。该步骤中随机选取两个双联卡箍，每个卡箍对应的刚度方向测试两次。
然后，对x方向线刚度为Kx/2利用遗传算法结合模态实验测试求得最优解，得到最优刚度值；
最后，对所述拟合刚度和所述最优刚度值求取平均值，每个方向的刚度值可以表示为：
Figure GDA0003907932520000081
其中，Kd代表不同方向的卡箍刚度，Kdi代表该方向第i次拟合获得的拟合刚度，n的值为4。
本实施例中在卡箍刚度特性分析过程中，采用线刚度试验台测定卡箍的线刚度，采用角刚度试验台测定卡箍的角刚度。线刚度试验台适用于测量卡箍的线刚度，其包括基座、支撑座、加载头、拉压力传感器14、卡箍安装座和直线运动驱动装置。其中，卡箍包括卡口和安装部，卡口用于夹持管件，安装部用于卡箍的安装、定位。角刚度试验台通过扭矩加载装置向卡箍施力，加载通过蜗轮蜗杆结构实现，保证加载头大角度转动，卡箍小角度偏转，方便操作，蜗轮蜗杆能够自锁，加载过程不会回弹。进而实现对加载杆运行的距离进行精确的控制。
以双联卡箍y向线刚度Ky的标定为例，图5为本发明一实施例中迟滞回线及拟合刚度测试曲线图，如图5所示，根据测试曲线得到拟合刚度，图6为本发明一实施例中进行4次试验标定获得的拟合刚度图，如图6所示，4次测量的刚度值分别是8.61、9.05、9.16、8.74。进一步的，对拟合刚度求平均值得到y向线刚度Ky为8.89(单位106N/m)。
基于上述，再采用同样的方式测量得到y向及x向角刚度Kθy、Kθx，。且双联卡箍测试过程中一次完整的测试顺序为：正向加载-正向卸载-反向加载-方向卸载。
对于不能通过试验直接测试的方式来确定其刚度值，本实施例基于遗传算法结合模态试验搜索其最优解。图7为本发明一实施例中双联卡箍管路系统模态测试示意图，如图7所示，采用两端固支、中间采用双联卡箍夹持的双管路模型进行模态试验测试，其中坐标原点位于管1的左端点，轻质传感器1和2的坐标分别为s1(0,0,85)mm、s2(0,-21,85)mm。两端固支的双联卡箍管路系统动力学模型的刚度矩阵组集。采用表1中的管体参数，除固支区域外管长为410mm，双联卡箍位于管1及管2中心位置。
固定后，通过模态试验可以获得试验的各阶固有频率，建立适应度函数表示为：
Figure GDA0003907932520000091
其中i的取值范围为1～11，代表优化的目标函数为系统的前11阶固有频率；Wi为平衡因子，取值范围为0～1，foni为当前最优个体仿真计算的固有频率，fomi为试验测得的固有频率；
根据已测定的卡箍刚度范围进行确定约束条件，Kx取值范围表示为：
1×105N/m≤Kx≤9×107N/m
经过种群繁衍后满足终止迭代条件时得到所述最优解，以单参数Kx进行遗传算法搜索，得到图8和图9的优化结果。具体的，图8为本发明一实施例中最佳适应度值的示意图，图9为本发明一实施例中最优个体的参数示意图，如图8所示，平均适应度值经过53代种群繁衍后满足终止迭代条件，系统输出最优个体，此时最佳适应度值降低到0.092。此时，最优个体如图9所示为5.89×105N/m。
通过测试装置标定结合遗传算法搜索的方式最终获得双联卡箍各方向刚度，如表2所示。
表2
K<sub>x</sub>/(N/m) K<sub>y</sub>/(N/m) K<sub>θx</sub>/(N·m/rad) K<sub>θy</sub>/(N·m/rad)
5.89×10<sup>5</sup> 8.89×10<sup>6</sup> 58.37 442.65
在此基础上，分别对图7沿水平和竖直方向敲击获得YOZ面外及YOZ面内的频响函数，以拾振点s1(0,0,85)mm，敲击点k1(0,-21,110)mm为例，获得试验测试及仿真计算的频响函数，图10为本发明一实施例中双联卡箍离散化模型YOZ面外频响函数示意图，图11为本发明一实施例中双联卡箍离散化模型YOZ面内频响函数示意图，基于图10和图11的双联卡箍管路系统频响函数对比可知仿真与试验的频响函数趋势基本一致，两者的各阶峰值吻合较好；2000Hz内仿真与试验固有频率误差(见表3)不超过4.46％，满足工程实际需求。
表3
阶数 仿真/Hz 试验/Hz 误差/％
f<sub>n1</sub> 218.7 214.6 1.91
f<sub>n2</sub> 218.9 217.4 0.69
f<sub>n3</sub> 732.5 712.5 2.81
f<sub>n4</sub> 812.8 818.9 -0.74
f<sub>n5</sub> 855.7 871.9 -1.86
f<sub>n6</sub> 878.8 873.3 0.63
f<sub>n7</sub> 941.1 916.8 2.65
f<sub>n8</sub> 1072.5 1039.2 3.20
f<sub>n9</sub> 1287.8 1232.8 4.46
f<sub>n10</sub> 1289.2 1236.5 4.26
f<sub>n11</sub> 1495.8 1454.9 2.81
在步骤S130中，对单联卡箍的刚度得到单联卡箍等效刚度。
在该步骤中，考虑卡箍宽度的影响建立卡箍离散化模型，基于所述单联卡箍在横向方向上的结构非对称性，对所述单联卡箍的y方向线刚度、z方向线刚度、θy方向扭转刚度、θz方向扭转刚度的测试结果在迟滞回线上进行标记，根据标记结果进行线性拟合，得到的所述y方向线刚度和所述z方向线刚度包括上行程刚度和下行程刚度，进而得到单联卡箍的等效刚度。
在步骤S140中，通过将所述双联卡箍离散化模型以及所述单联卡箍等效刚度引入到所述两条管路的有限元模型中，构建单双联卡箍管路系统有限元模型。
该步骤中，将上述离散化的双联卡箍等效刚度质量模型及单联卡箍等效刚度引入到两条管路的有限元模型中，建立单双联卡箍管路系统有限元模型，图12为本发明一实施例中单双联卡箍管路系统有限元模型的示意图，如图12所示，所述双联卡箍的标准中心距可以为21mm，即管1和管2之间的距离为21mm。
在本发明一实施例中，如图12所示，所述第一管路(管1)和所述第二管路(管2)为交错布置，且所述第一管路和所述第二管路的交错距离为50mm，管1上设置单联卡箍1和单联卡箍2，管2上设置有单联卡箍3和单联卡箍4。另外，基于图12所示，本实施例中为了较为方便的描述单/双联卡箍所在的节点位置，设定梁单元的长度为1mm，即图12中模型的数字单位均为mm，每根管平均划分为500个单元，共有1000个单元。以管1为例，单联卡箍1左侧为18mm，右侧到双联卡箍之间为211mm，双联卡箍、单联卡箍1和2的宽度均为14mm，且管2中单联卡箍的相对位置与管1相同，此处不再赘述。
图13为本发明一实施例中单双联卡箍管路系统刚度矩阵组集的示意图，如图13所示，
Figure GDA0003907932520000111
等为单联卡箍，
Figure GDA0003907932520000112
和
Figure GDA0003907932520000113
为双联卡箍，其余卡箍节点周围的均为梁单元。
该步骤中得到的单双联卡箍管路系统有限元模型的运动微分方程为：
Figure GDA0003907932520000121
其中M为系统质量矩阵，C为系统阻尼矩阵，K为系统刚度矩阵，包括管路中管体的刚度和卡箍等效刚度，u为系统广义坐标，Fu为外激励矢量；其中阻尼矩阵C采用瑞利阻尼来确定，即C＝αM+βK，α和β为瑞利阻尼系数。
基于上述步骤S110已经获得双联卡箍的力学模型，为了更加真实地反映航空发动机管路的实际安装情况，本实施例中对图12所构建单-双联卡箍管路系统进行模态试验验证，图14为本发明一实施例中单双联卡箍管路系统模态测试示意图，如图14所示，同样采用两端固支、中间采用双联卡箍夹持的双管路模型进行模态试验测试，两个轻质传感器s3、s4。其中对单-双联卡箍管路系统进行模态试验验证时，在管1和管2的两端也分别是通过固支夹具固定的，但是在图14中未示出，对于固支夹具参见图7所示。在图7和图14中均利用力锤进行敲击测试。
本实施例中单联及双联卡箍的拧紧力矩均为7N·m，坐标原点位于管1的左端点，通过锤击法测量单-双联卡箍管路系统的固有频率及频响函数，图15和图16为单双联卡箍管路系统的频响函数对比图，具体为，图15为本发明一实施例中单双联卡箍管路系统YOZ面外频响函数对比图，图16为本发明一实施例中单双联卡箍管路系统YOZ面内频响函数对比图。其中YOZ面外频响函数的敲击点坐标为k3(0,0,325)mm，拾振点坐标为s4(0,-21,75)mm；YOZ面内频响函数的敲击点坐标为k2(0,0,175)mm，拾振点坐标为s3(0,0,125)mm。
在图15和图16中，仿真与试验的频响函数峰值存在一定的差异，这主要是因为试验的频响函数峰值与各阶模态阻尼比有关，而仿真过程采用的是瑞利阻尼，无法准确反映每一阶的阻尼比。在图15中，试验获得的YOZ面外频响函数峰值并不明显，因此本发明中为了进一步验证本文模型的有效性，敲击双管路的全部测点(共42个)获得单-双联卡箍管路系统的前10阶振型，图17为本发明一实施例中前10阶仿真与试验振型对比图，如图17所示，试验振型与仿真结果对比吻合较好，进一步验证了该模型的有效性。
本实施例中，一方面，通过测试装置标定结合遗传算法搜索的方式获得双联卡箍的各方向刚度，同时考虑双联卡箍宽度的影响，建立了较为准确的双联卡箍力学模型；另一个方面，基于自编有限元法，建立了单-双联卡箍管路系统的动力学模型，并通过模态试验验证了模型的有效性，且能够为工程实际设计提供一定参考。
综上所述，本发明以航空发动机中的双联卡箍为研究对象，采用线性弹簧对其进行离散化等效处理。通过刚度测试装置获得双联卡箍的角刚度和部分线刚度；采用自编有限元法建立两端固支条件下的双联卡箍管路系统的动力学模型，基于遗传算法结合模态试验搜索未能测定的双联卡箍刚度，其中仿真与试验固有频率误差不超过4.46％，两者频响函数吻合较好。在获得双联卡箍刚度的基础上，建立了单双联卡箍管路系统的动力学模型，并通过锤击试验验证了模型的有效性，仿真与试验固有频率误差不超过3.86％，各阶振型对比较好，本发明的模型可用于卡箍管路系统振动特性分析工程实际之中。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施方式的方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种单双联卡箍管路系统建模的方法，其特征在于，其包括：
采用梁单元对两条管路进行离散化处理，得到两条管路的有限元模型，所述两条管路上设置有双联卡箍和单联卡箍；
对测得的双联卡箍的刚度进行离散化等效处理，得到双联卡箍离散化模型；
对单联卡箍的刚度得到单联卡箍等效刚度；
通过将所述双联卡箍离散化模型以及所述单联卡箍等效刚度引入到所述两条管路的有限元模型中，构建单双联卡箍管路系统有限元模型。
2.如权利要求1所述的单双联卡箍管路系统建模的方法，其特征在于，所述两条管路为平行设置的第一管路和第二管路，且所述第一管路和所述第二管路的中心距离为所述双联卡箍的标准中心距。
3.如权利要求2所述的单双联卡箍管路系统建模的方法，其特征在于，所述双联卡箍的标准中心距为21mm。
4.如权利要求2所述的单双联卡箍管路系统建模的方法，其特征在于，所述第一管路和所述第二管路为交错布置，且所述第一管路和所述第二管路的交错距离为50mm。
5.如权利要求2所述的单双联卡箍管路系统建模的方法，其特征在于，所述第一管路和所述第二管路上在所述双联卡箍两侧还分别设置有一个单联卡箍，且所述第一管路上单联卡箍的相对位置与所述第二管路上单联卡箍的相对位置相同。
6.如权利要求1所述的单双联卡箍管路系统建模的方法，其特征在于，所述对测得的双联卡箍的刚度进行离散化等效处理包括：
将所述双联卡箍的刚度沿z方向等效离散为2个线刚度弹簧和2个角刚度弹簧，所述线刚度弹簧的y方向线刚度为Ky/2，所述角刚度弹簧的x方向角刚度为Kθx/2以及y方向角刚度为Kθy/2；
对所述双联卡箍在对应刚度方向的y方向线刚度为Ky/2、x方向角刚度为Kθx/2以及y方向角刚度为Kθy/2的测试结果得到迟滞回线，并对所述迟滞回线进行拟合得到拟合刚度；
对x方向线刚度为Kx/2利用遗传算法结合模态实验测试求得最优解，得到最优刚度值；
对所述拟合刚度和所述最优刚度值求取平均值，每个方向的刚度值可以表示为：
Figure FDA0002114649110000021
其中，Kd代表不同方向的卡箍刚度，Kdi代表该方向第i次拟合获得的拟合刚度，n的值为4。
7.如权利要求6所述的单双联卡箍管路系统建模的方法，其特征在于，所述利用遗传算法结合模态实验测试求得最优解包括：
通过模态试验可以获得试验的各阶固有频率，建立适应度函数表示为：
Figure FDA0002114649110000022
其中i的取值范围为1～11，代表优化的目标函数为系统的前11阶固有频率；Wi为平衡因子，取值范围为0～1，foni为当前最优个体仿真计算的固有频率，fomi为试验测得的固有频率；
根据已测定的卡箍刚度范围进行确定约束条件，Kx取值范围表示为：
1×105N/m≤Kx≤9×107N/m
经过种群繁衍后满足终止迭代条件时得到所述最优解。
8.如权利要求1所述的单双联卡箍管路系统建模的方法，其特征在于，所述双联卡箍和所述单联卡箍的宽度为14mm。
9.如权利要求6所述的单双联卡箍管路系统建模的方法，其特征在于，所述卡箍测试过程中一次完整的测试顺序为：正向加载-正向卸载-反向加载-方向卸载。
10.如权利要求1所述的单双联卡箍管路系统建模的方法，其特征在于，所述单双联卡箍管路系统有限元模型的运动微分方程为：
Figure FDA0002114649110000023
其中M为系统质量矩阵，C为系统阻尼矩阵，K为系统刚度矩阵，包括管路中管体的刚度和卡箍等效刚度，u为系统广义坐标，Fu为外激励矢量；其中阻尼矩阵C采用瑞利阻尼来确定，即C＝αM+βK，α和β为瑞利阻尼系数。
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