CN111475980A - 一种综合作动器质量影响的薄壁件动力学参数获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种综合作动器质量影响的薄壁件动力学参数获取方法，属于结构振动控制领域；该方法首先对薄壁件进行有限元分析获得其总质量矩阵M_T、总刚度矩阵K_T、总阻尼矩阵C_T。然后通过有限元模态分析获得各个极大变形的位置，按本发明提出的方法对极大变形点的质量、刚度和阻尼参数进行确定，累加作动器的随动件的质量和薄壁件极大变形点的质量获得新的质量参数，为结构振动控制提供控制参数。解决了薄壁件振动控制时作动器作用位置、振动控制动力学质量参数模糊的问题。使得振动控制对象更为合理，对于具体应用具有很强工程应用意义。

Description

一种综合作动器质量影响的薄壁件动力学参数获取方法

技术领域

本发明属于结构振动控制领域，具体涉及一种综合作动器质量影响的薄壁件动力学参数获取方法,适用于作为壳体的薄壁件结构振动控制时，作动器的作用位置不确定、薄壁件在作用点的动力学参数不确定以及作动器随动件的质量对结构振动影响较大的情形。

背景技术

结构振动的主动控制是通过改变结构质量、阻尼与刚度等动力特性来控制结构响应。作动器作为主动控制的输出器件被广泛应用于振动控制领域取得了良好的振动控制效果。现有的振动控制技术仅将作动器与被控制件独立建模进行控制律的设计。然而在结构振动控制中存在两方面问题：

1.一般作动器的滑动件(例如：液压阻尼器、磁流变阻尼器的活塞杆及与活塞杆固接的部件)与被减振件为固定连接，现有的技术进行振动控制时将作动器视为力发生器件进行设计，忽略作动器对被减振结构的质量影响。在大型结构振动控制中，作动器随动件质量相对被控结构质量较小影响不大，但在薄壁件振动控制领域则较为严重。

2.在薄壁件振动控制领域，由于薄壁件往往为具有弱刚度特性的连续体，难以采用集中质量的建模方法进行建模。

因此，针对现有薄壁件结构振动控制时其动力学参数M、C、K不确定，作动器对薄壁件结构振动控制的影响被忽略的问题，提出了一种综合作动器质量影响的薄壁件振动控制动力学参数获取方法。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种综合作动器质量影响的薄壁件动力学参数获取方法，既一种静力学变形对极大变形点周边区域的质量进行加权积分的方法，对作为壳体的薄壁件极大变形点的振动控制质量参数进行估计的方法。本发明通过将作动器随动件的质量累加到被减振薄壁件的振动控制质量参数来综合考虑作动器对薄壁件振动控制的影响，所述薄壁件又称被减振件或工件。

本发明的技术方案是：一种综合作动器质量影响的薄壁件动力学参数获取方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：采用有限元方法对被减振件分析，获得其总质量矩阵M_T、总刚度矩阵K_T、总阻尼矩阵C_T，维度为n×n；

步骤二：通过有限元模态分析，获得极大变形点的位置坐标，设定其中一个极大变形点坐标为(x₀，y₀)；

步骤三：对被减振件进行静力学分析，所施加的静力载荷为被减振件实际受到激励的幅值，所施加位置为步骤二确定的极大变形点，从而获得该点的最大变形量δ₀；

步骤四：设定阈值ζ，按规则确定变形的区域S；所述规则为：

其中δ(x，y)是坐标为(x，y)处的变形，通过阈值ζ调节变形的区域S；

步骤五：对区域S所对应的质量采用加权积分方法进行质量估计，公式为：

其中ρ(x，y)面密度函数，M_W为被减振件区域S的估计质量；

步骤六：确定对被减振件振动控制所用作动器，获得其随动件质量M_A；

步骤七：将步骤五所得估计质量M_W与步骤六所得随动件质量M_A相加,为被减振件振动控制动力学质量参数M_C,即M_C＝M_A+M_W；

步骤八：通过选择向量组获得总刚度矩阵在极大变形点的刚度值，作为被减振件振动控制动力学刚度参数K_C，公式为：

其中:

s_l(x₀，1)＝1，其它元素为0；

s_c(y₀，1)＝1，其它元素为0；

所述选择向量组包含行向量

和列向量

步骤九：通过选择向量组获得总阻尼矩阵在极大变形点的阻尼值，作为被减振件振动控制动力学阻尼参数C_C，公式为：

其中:

s_l(x₀，1)＝1，其它元素为0；

s_c(y₀，1)＝1，其它元素为0；

步骤十：基于上述得出的参数M_C、K_C、C_C能够进行被减振件结构振动控制算法的设计。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤六的作动器为具有活塞杆的阻尼器，所述随动件为随被减振件运动的部件，即阻尼器的活塞杆及与活塞杆固定的部件。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1.通过加权积分式

综合考虑变形点周边区域质量的影响，得出薄壁件振动控制质量参数的估计，解决了薄壁件振动控制时由于结构连续性导致在特定点的质量参数无法确定的问题。

2.通过对作动器的结构分析，将作动器中与薄壁件固接的随动件的质量累加到薄壁件结构振动控制质量参数上，使得薄壁件振动控制的动力学质量参数更为完善，从而提高了薄壁件在加工过程中的振动控制精度；通过所述加权积分式获得了薄壁件结构的动力学估计质量，但是当作动器的随动件质量相对较大时动力学质量参数任然不精确，本发明解决了薄壁件振动控制时结构振动控制的动力学质量参数任然不精确的问题。

附图说明

图1是本发明的总体流程图；

图2是本发明实施例所采用的薄壁件变形前示意图；

图3是本发明实施例对薄壁件模态分析获得法向振幅图；

图4是本发明实施例在一极大点施加一静力后变形分布图；

图5是本发明实施例相对变形分布图；

图6是本发明的实施例所采用作动器的剖视图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下通过参考附图详细描述本发明的较优秀实施例。在以下描述中，名词“上”，“下”对应于图中的上下方向。通过对一阶模态的分析进一步描述本发明具体技术路线。本实施例薄壁件为均匀材质，即面密度ρ(x，y)为常量。本实施例基于有限元方法，采用离散积分的得出薄壁件极大变形点的估计质量值。

首先，有限元方法对被减振件(也称为薄壁件、工件)分析获得总质量矩阵M_T、总刚度矩阵K_T、总阻尼矩阵C_T，维度为n×n；采用模态分析获得各阶振型的多个振幅极大点，其中一个极大点的坐标设为(x₀，y₀)，对振型的极大点(坐标为(x₀，y₀))进行静力学分析，施加的外力为薄壁件受到外界激励的幅值，确定在该点的变形δ₀，按

获得需要考虑变形质量的区域S，用于调节变形区域S的精度。δ(x，y)是标为(x，y)处的变形。之后通过公式

确定区域S的质量估计值，其中ρ(x，y)面密度函数；

然后，对作动器进行结构分析确定其随动件的质量参数M_A，则薄壁件结构振控制在该振型极大点的质量参数M_C为：M_C＝M_A+M_W。

最后，由于结构总刚度矩阵K_T和阻尼矩阵C_T反映各节点的真实刚度阻尼值，对于一般连续结构在一确定节点处的刚度、阻尼与其周边节点的刚度、阻尼基本一致。因此只需通过选择向量对(n×n)维的总刚度M_T、总阻尼C_T矩阵中表征节点位置为(x₀，y₀)的刚度、阻尼值进行选取即可。选择向量组包含行向量和列向量，其中行向量：

其中列向量：

其一般表达式为：

其中:

s_l(x₀，1)＝1，其它元素为0；

s_c(y₀，1)＝1，其它元素为0。

按图1所示流程图实施，本实施例对图2所示薄壁件进行具体方案的描述。

首先，对薄壁件进行模态分析，得到二阶下的振型分布如图3，得到两个振幅极大点为幅值方向相反，选其中一点进行静力学分析，其载荷为薄壁件使用场合可能受到激励的最大值。得到变形分布图，将其均匀分割为等面积的正方形，设每一小格具有质量为Δm，按图1流程图所示质量计算积分规则

得离散求和公式：

求和上下界按图1所示设定阈值ζ，通过不等式条件

确定。

对作动器进行结构分析获得其随动件的质量参数，由图1流程图所述技术，可知图6作动器的活塞杆为随动件，获得作动器的质量为M_A。

薄壁件振动控制动力学质量参数质量M_C为作动器质量M_A与薄壁件极大变形点估计质量M_W之和。即M_C＝M_W+M_A。

通过有限元软件获得薄壁件的总刚度、总阻尼矩阵为(n×n)维，当二维矩阵元素坐标值与薄壁件节点的位置一致时可通过选择向量组获得节点处的刚度阻尼值分别为K_C、C_C。其一般表达式为：

其中选择向量组:

s_l(x₀，1)＝1，其它元素为0；

s_c(y₀，1)＝1，其它元素为0；

本实施例中n为所划分等面积正方形在行、列方向个数的最大值。(x₀，y₀)为极大变形点的坐标。

通过上述技术方案的实施获得薄壁件振动控制动力学参数值分别为：M_C、K_C、C_C。按该参数可进行后续薄壁件振动主动控制工作。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种综合作动器质量影响的薄壁件动力学参数获取方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：采用有限元方法对被减振件分析，获得其总质量矩阵M_T、总刚度矩阵K_T、总阻尼矩阵C_T，维度为n×n；

步骤二：通过有限元模态分析，获得极大变形点的位置坐标，设定其中一个极大变形点坐标为(x₀，y₀)；

步骤三：对被减振件进行静力学分析，所施加的静力载荷为被减振件实际受到激励的幅值，所施加位置为步骤二确定的极大变形点，从而获得该点的最大变形量δ₀；

步骤四：设定阈值ζ，按规则确定变形的区域S；所述规则为：

其中δ(x，y)是坐标为(x，y)处的变形，通过阈值ζ调节变形的区域S；

步骤五：对区域S所对应的质量采用加权积分方法进行质量估计，公式为：

其中ρ(x，y)面密度函数，M_W为被减振件区域S的估计质量；

步骤六：确定对被减振件振动控制所用作动器，获得其随动件质量M_A；

步骤七：将步骤五所得估计质量M_W与步骤六所得随动件质量M_A相加,为被减振件振动控制动力学质量参数M_C,即M_C＝M_A+M_W；

步骤八：通过选择向量组获得总刚度矩阵在极大变形点的刚度值，作为被减振件振动控制动力学刚度参数K_C，公式为：

其中:所述选择向量组包含行向量

和列向量

s_l(x₀，1)＝1，其它元素为0；

s_c(y₀，1)＝1，其它元素为0；

步骤九：通过选择向量组获得总阻尼矩阵在极大变形点的阻尼值，作为被减振件振动控制动力学阻尼参数C_C，公式为：

其中:

s_l(x₀，1)＝1，其它元素为0；

s_c(y₀，1)＝1，其它元素为0；

步骤十：基于上述得出的参数M_C、K_C、C_C能够进行被减振件结构振动控制算法的设计。

2.根据权利要求1所述综合作动器质量影响的薄壁件动力学参数获取方法，其特征在于：所述步骤六的作动器为具有活塞杆的阻尼器，所述随动件为随被减振件运动的部件，即阻尼器的活塞杆及与活塞杆固定的部件。

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