CN113139246B - 旋转机械的模态分析方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种旋转机械的模态分析方法、装置、设备及存储介质，所述方法包括：获取针对所述旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据；获取所述旋转机械的固体结构模型；获取针对所述固体结构模型的固体材料属性数据；以所述流体压力载荷数据和所述固体材料属性数据为约束，对所述固体结构模型进行有限元分析，得到针对所述旋转机械的等效应力；在所述等效应力下，对所述旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果。本申请用以解决现有数值模拟方法设计的旋转机械产品的质量不高的问题。
Description
技术领域
本申请涉及模拟仿真领域，尤其涉及一种旋转机械的模态分析方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
目前，数值模拟在工程领域运用中越来越频繁。在产品设计中，利用数值模拟分析方法可以得到产品在结构上需要改进的方向，有效提高产品性能。数值模拟技术同样可以应用在旋转机械中。
在现有数值模拟分析方法中，考虑固体结构工况对旋转机械的影响，从一定程度上提高了产品的性能。但是，在实际使用过程中，产品质量并不尽如人意。
发明内容
本申请提供了一种旋转机械模态分析方法、装置、设备及存储介质，用以解决现有数值模拟方法设计的产品质量不高的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种旋转机械的模态分析方法，包括：
获取针对所述旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据；
获取所述旋转机械的固体结构模型；
获取针对所述固体结构模型的固体材料属性数据；
以所述流体压力载荷数据和所述固体材料属性数据为约束，对所述固体结构模型进行有限元分析，得到针对所述旋转机械的等效应力；
在所述等效应力下，对所述旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果。
可选的，所述获取针对所述旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据，包括：
获取针对所述旋转机械建立的流体模型；
获取所述流体模型的流体材料属性数据和流体分析边界条件；
以所述流体材料属性数据和所述流体分析边界条件为约束，对所述流体模型进行流体分析，得到所述流体模型的流体压力载荷数据。
可选的，所述以所述流体材料属性数据和所述流体分析边界条件为约束，对所述流体模型进行流体分析，得到所述流体模型的流体压力载荷数据，包括：
对所述流体模型进行第一网格划分，得到至少一个流体模型网格节点；
建立针对各个所述流体模型网格节点的质量守恒方程和动量守恒方程；
以所述流体材料属性数据和所述流体分析边界条件为约束，求解所述质量守恒方程和所述动量守恒方程，得到各个所述流体模型网格节点各自的所述流体压力载荷数据。
可选的，所述以所述流体压力载荷数据和所述固体材料属性数据为约束，对所述固体结构模型进行有限元分析，得到针对旋转机械的等效应力，包括：
对所述固体结构模型进行第二网格划分，得到至少一个固体结构模型网格节点；
基于所述固体材料属性数据计算各个固体结构模型网格节点的刚度数据；
分别对于每个固体结构模型网格节点进行以下处理：将所述固体结构模型网格节点对应的所述流体压力载荷数据，除以所述固体结构模型网格节点对应的所述刚度数据，得到所述固体结构模型网格节点的位移数据；
对每相邻的两个所述固体结构模型网格节点，利用两个所述固体结构模型网格节点的所述位移数据，计算两个所述固体结构模型网格节点的位移变化数据；
对于每个所述固体结构模型网格节点，利用所述固体结构模型网格节点的所述位移变化数据以及所述固体材料属性数据，计算所述旋转机械的等效应力。
可选的，所述基于所述固体材料属性数据计算各个固体结构模型网格节点的刚度数据之后，所述得到所述固体结构模型网格节点的位移数据之前，还包括：
判定所述刚度数据的值小于或等于预设刚度阈值。
可选的，所述在所述等效应力下，对所述旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果，包括：
获取各个固体结构模型网格节点的质量数据；
根据各个固体结构模型网格节点的刚度数据确定固体结构模型的刚度矩阵；以及根据各个固体结构模型网格节点的质量数据确定固体结构模型的质量矩阵；
利用所述刚度矩阵和所述质量矩阵求解所述旋转机械的振动频率；
将所述振动频率代入所述旋转机械的阻尼振动方程的齐次方程，得到振幅；
利用所述振幅和所述振动频率确定所述旋转机械的位移；
将所述位移和所述等效应力代入所述旋转机械的运动方程，得到所述模态分析的结果。
可选的，所述在所述等效应力下，对所述旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果，还包括：
获取模态分析的阶数；
输出与所述阶数相对应的模态分析结果。
可选的，所述流体分析边界条件包括：在流体分析时，所述流体模型的入口质量流量参数。
第二方面，本申请实施例提供了一种旋转机械的模态分析装置，包括：
第一获取模块，用于获取针对所述旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据；
第二获取模块，用于获取所述旋转机械的固体结构模型；
第三获取模块，用于获取针对所述固体结构模型的固体材料属性数据；
应力分析模块，用于以所述流体压力载荷数据和所述固体材料属性数据为约束，对所述固体结构模型进行有限元分析，得到针对所述旋转机械的等效应力；
模态分析模块，用于在所述等效应力下，对所述旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器和通信总线，其中，处理器和存储器通过通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器中所存储的程序，实现第一方面所述的旋转机械的模态分析方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的旋转机械的模态分析方法。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请实施例提供的该方法，将旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据引入到对旋转机械的固体结构模型的有限元分析中。旋转机械主要应用于流体中，在分析的过程中，考虑到流体对固体结构模型产生的影响，能够进一步改善产品设计，提升产品质量。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种旋转机械的模态分析方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的获取针对旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据的方法流程图；
图3为本申请实施例提供的螺杆的流体模型的网格划分结果的示意图；
图4为本申请实施例提供的螺杆流道压力云图；
图5为本申请实施例提供的对固体结构模型进行有限元分析的方法流程图；
图6为本申请实施例提供的螺杆的固体结构模型的网格划分结果的示意图；
图7为本申请实施例提供的流体压力载荷数据导入到螺杆的固体结构模型中的仿真示意图；
图8为本申请实施例提供的经过有限元分析得到的等效应力云图；
图9为本申请实施例提供的针对螺杆的模态分析的四阶固有频率的示意图；
图10为本申请实施例提供的针对螺杆的模态分析的五阶固有频率的示意图；
图11为本申请实施例提供的针对螺杆的模态分析的七阶固有频率的示意图；
图12为本申请实施例提供的针对螺杆的模态分析的八阶固有频率的示意图；
图13为本申请实施例提供的一种旋转机械的模态分析装置的结构示意图；
图14为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在现有的旋转机械的设计过程中，虽然利用数值模拟技术能够从一定程度上提高旋转机械的产品质量，但是发明人发现，针对旋转机械的数值模拟，只考虑到固体工况对于旋转机械的影响，而旋转机械通常应用在流体中，在旋转机械工作的过程中，流体会对旋转机械产生影响，导致旋转机械结构产生形变和应力。
基于上述发现，本申请实施例提供了一种旋转机械的模态分析方法，如图1所示，该方法主要包括：
步骤101，获取针对旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据；
其中，常见的旋转机械包括：螺杆、叶轮和叶片等，旋转机械在流体中运用广泛，旋转机械旋转时，流体对旋转机械产生影响，导致旋转机械的机械结构产生形变和应力。为了提高产品设计的质量，在产品设计时，考虑到流体对旋转机械固体结构模型的影响。其中，流体对旋转机械的影响主要体现在流体压力载荷数据。
具体的，获取针对旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据的方法，包括：
步骤201，获取针对旋转机械建立的流体模型；
其中，针对旋转机械建立的流体模型，主要是指流动在旋转机械周围的流场。以注塑机塑化螺杆为例，注塑机塑化螺杆一般分为三段：输送段、压缩段以及计量段。输送段负责塑料的输送推挤以及预热，保证预热达到熔点。压缩段负责塑料的压缩以及加压排气，这一段中原料基本全部溶解，但是不一定会均匀混合；计量段负责塑料全部熔融并且均匀。一般计量段只有螺杆总长的百分之二十到百分之二十五左右，太长则会导致溶体停留时间过长而分解，太短则会导致温度不均匀影响产品质量，只有计量段才是完全的流体。因此，在分析时，主要针对注塑机塑化螺杆的计量段。在工作时，注塑机塑化螺杆安装在管道内，在管道和螺杆之间充满流体。其中，流体模型即是针对在管道和螺杆之间充满的流体所建立的。
在具体实现时，可以利用FLUENT软件实现流体模型的建模。
步骤202，获取流体模型的流体材料属性数据和流体分析边界条件；
其中，流体材料属性数据包括：流体材料、流体材料的密度和流体材料的粘度等；流体分析边界条件为在流体分析时，所设定的边界条件，常见的流体分析边界条件有：速度入口边界条件：用于定义流动入口边界的速度；压力入口边界条件：用于定义流动入口的压力；质量流动入口边界条件：用于定义入口质量流量参数。以螺杆为例，在进行流体分析时，所采用的流体分析边界条件为质量流量参数。
以螺杆为例，流体采用聚苯乙烯(PS)材料，密度为927.68kg/m3，粘度为1200Pa*s，比热容2100J/kg℃，热传导系数0.18。流场入口设置为质量流量入口，质量流量参数的大小为0.025kg/s。
步骤203，以流体材料属性数据和流体分析边界条件为约束，对流体模型进行流体分析，得到流体模型的流体压力载荷数据。
在具体实现时，首先，对流体模型进行第一网格划分，得到至少一个流体模型网格节点；建立针对各个流体模型网格节点的质量守恒方程和动量守恒方程；以流体材料属性数据和流体分析边界条件为约束，求解质量守恒方程和动量守恒方程，得到各个流体模型网格节点各自的流体压力载荷数据。
在进行第一网格划分时，可以采用Gambit网格划分软件，采用四面体网格对模型进行网格划分，得到至少一个流体模型网格节点，将划分得到的至少一个流体模型网格节点导入FLUENT软件进行流体分析。以螺杆为例，如图3所示，图3为针对螺杆的流体模型的网格划分结果。
针对各个流体模型网格节点，建立质量守恒方程：
其中，t为流动时间，ρ为流体密度；u为x方向的速度分量；v为y方向的速度分量；w为z方向的速度分量；
根据质量流量和流体模型网格节点的体积可以得到单位时间单位体积通过的流体质量。
针对各个流体模型网格节点，建立动量守恒方程：
其中，p为流体模型网格节点对应的流体压力载荷数据，为待求量；υ为流体粘度；
为x方向上流体动量对时间的变化率；
为y方向上流体动量对时间的变化率；
为z方向上流体动量对时间的变化率；
τxy、τxx、τxz等参数表达式如下：
其中，
为x方向上的流体散度分量；
为y方向上的流体散度分量；
为z方向上的流体散度分量；
为x方向上的应变率张量；
为y方向上的应变率张量；
为z方向上的应变率张量；
其中，流体密度ρ和流体粘度υ为流体材料属性数据，质量流量为流体分析边界条件，且上述三个参数均为已知量，联立公式(1)～(4)，能够得到各个流体模型网格节点在x、y、z方向的速度分量以及流体压力载荷数据。
以螺杆为例，如图4所示，图4为螺杆流道压力云图，压力云图中各个点压力值即为流体压力载荷数据，其中，最大压力为11.4MPa。
步骤102，获取旋转机械的固体结构模型；
在具体实现时，可以利用workbench实现旋转机械的固体结构模型的建模。
步骤103，获取针对固体结构模型的固体材料属性数据；
固体材料属性数据包括：固体结构模型所采用的材料、材料的密度、材料的泊松比和材料的弹性模量等。
步骤104，以流体压力载荷数据和固体材料属性数据为约束，对固体结构模型进行有限元分析，得到针对旋转机械的等效应力；
具体的，对固体结构模型进行有限元分析的过程包括：
步骤501，对固体结构模型进行第二网格划分，得到至少一个固体结构模型网格节点；
在对固体结构模型进行网格划分时，可以将网格大小设置为1mm。以螺杆为例，如图6所示，图6为螺杆的固体结构模型的网格划分结果。其中，在进行第二网格划分时，可以与第一网格划分时，所划分的网格数量和大小相同，也可以不同。在进行第一网格划分和第二网格划分时，网格的数量和大小，可以结合机器的计算能力和内存综合确定。
步骤502，基于固体材料属性数据计算各个固体结构模型网格节点的刚度数据；
固体材料属性数据包括：固体结构模型网格节点的截面面积A、弹性模量E和固体结构模型网络节点的原始长度l；利用公式
计算得到每个固体结构模型网格节点的刚度数据。
步骤503，分别对于每个固体结构模型网格节点进行以下处理：将固体结构模型网格节点对应的流体压力载荷数据，除以固体结构模型网格节点对应的刚度数据，得到固体结构模型网格节点的位移数据；
在确定固体结构模型网格节点对应的流体压力载荷数据时，可以将流体压力载荷数据导入到固体结构模型中，以螺杆为例，如图7所示，图7为流体压力载荷数据导入到螺杆的固体结构模型中的仿真示意图。
其中，对于第二网格划分和第一网格划分所划分的网格数量和大小相同的情况，固体结构模型网格节点与流体模型网格节点一一对应，则流体模型网格节点的流体压力载荷数据即为固体结构模型网格节点的流体压力载荷数据。而对于第二网格划分和第一网格划分所划分的网格数量和大小不同时，则可以将每个固体结构模型网格节点的中心点所对应的流体压力载荷数据作为该固体结构模型网格节点的流体压力载荷数据。在已知每个固体结构模型网格节点的刚度数据和流体压力载荷数据时，利用流体压力载荷数据除以刚度数据，得到位移数据。
步骤504，对每相邻的两个固体结构模型网格节点，利用两个固体结构模型网格节点的位移数据，计算两个固体结构模型网格节点的位移变化数据；
在具体实现时，按照预设顺序将相邻的两个固体结构模型网格节点的位移数据相减，得到两个固体结构模型网格节点的位移变化数据。在具体实现时，得到的位移变化数据的数量比固体结构模型网格节点的数量少1，此时，可以利用最后两个固体结构模型网格节点的位移数据得到的位移变化数据来补足，也可以采用其他方法来补足。
步骤505，对于每个固体结构模型网格节点，利用固体结构模型网格节点的位移变化数据以及固体材料属性数据，计算旋转机械的等效应力。
其中，固体材料属性数据包括：弹性模量E和固体结构模型网络节点的原始长度l，利用公式
计算得到各个固体结构模型网格节点的等效应力，进而得到旋转机械整个固体结构模型的等效应力；其中，Δu为相邻两个固体结构模型网格节点的位移变化数据。如图8所示，图8为有限元分析得到的等效应力云图。
其中，在基于固体材料属性数据计算各个固体结构模型网格节点的刚度数据之后，计算固体结构模型网格节点的位移数据之前，还包括：判定刚度数据的值小于或等于预设刚度阈值。
如果刚度数据的值小于或等于预设刚度阈值，则说明经过形变后，固体结构不能再恢复，这样设计出的产品是不合格的。此时，需要重新设计旋转机械的固体模型和流体模型，重新进行模态分析，无需再进行后续的分析。
此外，为了更加与旋转机械的实际工况相匹配，还可以在模态分析过程中引入除流体压力载荷数据之外的其他边界条件，例如：固体结构模型的工况参数，以螺杆为例，固体分析边界条件可以是螺杆的转速，例如：螺杆的中心轴的转速为300RPM(转/分钟)；螺杆的端面设置为固定等。
步骤105，在等效应力下，对旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果。
其中，对旋转机械进行模态分析的方法，具体过程包括：
获取各个固体结构模型网格节点的质量数据；根据各个固体结构模型网格节点的刚度数据确定固体结构模型的刚度矩阵；以及根据各个固体结构模型网格节点的质量数据确定固体结构模型的质量矩阵；利用刚度矩阵和质量矩阵求解旋转机械的振动频率；将振动频率代入旋转机械的阻尼振动方程的齐次方程，得到振幅；利用振幅和振动频率确定旋转机械的位移；将位移和等效应力代入旋转机械的运动方程，得到模态分析的结果。
其中，在对固体结构模型进行模态分析时，旋转机械的材料、材料的密度和旋转机械的尺寸，以及所划分的固体结构模型网格节点的数量都是预先配置好的，基于此可以计算出每个固体结构模型网格节点的质量数据，将每个固体结构模型网格节点的质量数据改写成矩阵的形式，得到质量矩阵；同理，将每个固体结构模型网格节点的刚度数据改写成矩阵的形式，得到刚度矩阵。
在模态分析时，旋转机械的运动方程为：
其中，M为质量矩阵；K为刚度矩阵，C为阻尼矩阵，为待求量；x(t)为位移，
为速度；
为加速度；F为等效应力；
旋转机械的阻尼振动方程：
上式为常系数线性齐次常微分方程，其解的形式为：
x(t)＝fcosωt (7)
将式(7)代入(6)中得到齐次方程：
(K-ω2M)f＝0 (8)
其中，f为振幅，ω为振动频率。
已知质量矩阵M和刚度矩阵K，在自由振动的情况下，各节点振幅不全为零，而系数行列式为零，系数行列式为K-ω2M，对其进行求解可以得到ω2的值，即振动频率ω的平方，将其代入齐次方程，得到振幅f；将振幅f和振动频率ω代入公式(7)，得到位移x(t)，相应的得到加速度
速度
将位移x(t)，加速度
速度
和等效应力代入公式(5)，得到阻尼矩阵，则可以得到固有频率。
为了使得分析结果更加直观，可以对模态分析结果进行展示，获取模态分析的阶数；输出与阶数相对应的模态分析结果。以螺杆为例，如图9～12，分别为针对螺杆的模态分析的四阶、五阶、七阶和八阶固有频率的示意图，在工作过程中旋转机械的振动频率应避开固有频率以及固有频率的整数倍。
在本申请实施例中，将旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据引入到对旋转机械的固体结构模型的有限元分析中。旋转机械主要应用于流体中，在分析的过程中，考虑到流体对固体结构模型产生的影响，能够进一步改善产品设计，提升产品质量。
基于同一构思，本申请实施例中提供了一种旋转机械的模态分析装置，该装置的具体实施可参见方法实施例部分的描述，重复之处不再赘述，如图13所示，该装置主要包括：
第一获取模块1301，用于获取针对旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据；
第二获取模块1302，用于获取旋转机械的固体结构模型；
第三获取模块1303，用于获取针对固体结构模型的固体材料属性数据；
应力分析模块1304，用于以流体压力载荷数据和固体材料属性数据为约束，对固体结构模型进行有限元分析，得到针对旋转机械的等效应力；
模态分析模块1305，用于在等效应力下，对旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果。
在本申请实施例中，第一获取模块1301，用于获取针对旋转机械建立的流体模型；获取流体模型的流体材料属性数据和流体分析边界条件；以流体材料属性数据和流体分析边界条件为约束，对流体模型进行流体分析，得到流体模型的流体压力载荷数据。其中，流体分析边界条件为：在流体分析时，流体模型的入口质量流量参数。
第一获取模块1301，具体用于对流体模型进行第一网格划分，得到至少一个的流体模型网格节点；建立针对各个流体模型网格节点的质量守恒方程和动量守恒方程；以流体材料属性数据和流体分析边界条件为约束，求解质量守恒方程和动量守恒方程，得到各个流体模型网格节点各自的流体压力载荷数据。
在本申请实施例中，应力分析模块1304，用于对固体结构模型进行第二网格划分，得到至少一个固体结构模型网格节点；基于固体材料属性数据计算各个固体结构模型网格节点的刚度数据；分别对于每个固体结构模型网格节点进行以下处理：将固体结构模型网格节点对应的流体压力载荷数据，除以固体结构模型网格节点对应的刚度数据，得到固体结构模型网格节点的位移数据；对每相邻的两个固体结构模型网格节点，利用两个固体结构模型网格节点的位移数据，计算两个固体结构模型网格节点的位移变化数据；对于每个固体结构模型网格节点，利用固体结构模型网格节点的位移变化数据以及固体材料属性数据，计算固体结构模型网格节点的等效应力。
在本申请实施例中，该旋转机械的模态分析装置，还包括：判定模块1306，用于基于固体材料属性数据计算各个固体结构模型网格节点的刚度数据之后，得到固体结构模型网格节点的位移数据之前，判定刚度数据的值小于或等于预设刚度阈值。
在本申请实施例中，模态分析模块1305，用于获取各个固体结构模型网格节点的质量数据；根据各个固体结构模型网格节点的刚度数据确定固体结构模型的刚度矩阵；以及根据各个固体结构模型网格节点的质量数据确定固体结构模型的质量矩阵；利用刚度矩阵和质量矩阵求解旋转机械的振动频率；将振动频率代入旋转机械的阻尼振动方程的齐次方程，得到振幅；利用振幅和振动频率确定旋转机械的位移；将位移和等效应力代入旋转机械的运动方程，得到模态分析的结果。
在本申请实施例中，模态分析模块1305，还用于获取模态分析的阶数；输出与阶数相对应的模态分析结果，对各阶的模态分析结果进行直观展示。
基于同一构思，本申请实施例中还提供了一种电子设备，如图14所示，该电子设备主要包括：处理器1401、存储器1402和通信总线1403，其中，处理器1401和存储器1402通过通信总线1403完成相互间的通信。其中，存储器1402中存储有可被处理器1401执行的程序，处理器1401执行存储器1402中存储的程序，实现如下步骤：
获取针对旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据；
获取旋转机械的固体结构模型；
获取针对固体结构模型的固体材料属性数据；
以流体压力载荷数据和固体材料属性数据为约束，对固体结构模型进行有限元分析，得到针对旋转机械的等效应力；
在等效应力下，对旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果。
上述电子设备中提到的通信总线1403可以是外设部件互连标准(PeripheralComponent Interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended IndustryStandard Architecture，简称EISA)总线等。该通信总线1403可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图14中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器1402可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可选地，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器1401的存储装置。
上述的处理器1401可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等，还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在本申请的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中所描述的旋转机械的模态分析方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行该计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。该计算机可以时通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。该计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、微波等)方式向另外一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。该计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。该可用介质可以是磁性介质(例如软盘、硬盘、磁带等)、光介质(例如DVD)或者半导体介质(例如固态硬盘)等。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种旋转机械的模态分析方法，其特征在于，包括：
获取针对所述旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据；
获取所述旋转机械的固体结构模型；
获取针对所述固体结构模型的固体材料属性数据；
以所述流体压力载荷数据和所述固体材料属性数据为约束，对所述固体结构模型进行有限元分析，得到针对所述旋转机械的等效应力；
在所述等效应力下，对所述旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果。
2.根据权利要求1所述的旋转机械的模态分析方法，其特征在于，所述获取针对所述旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据，包括：
获取针对所述旋转机械建立的流体模型；
获取所述流体模型的流体材料属性数据和流体分析边界条件；
以所述流体材料属性数据和所述流体分析边界条件为约束，对所述流体模型进行流体分析，得到所述流体模型的流体压力载荷数据。
3.根据权利要求2所述的旋转机械的模态分析方法，其特征在于，所述以所述流体材料属性数据和所述流体分析边界条件为约束，对所述流体模型进行流体分析，得到所述流体模型的流体压力载荷数据，包括：
对所述流体模型进行第一网格划分，得到至少一个流体模型网格节点；
建立针对各个所述流体模型网格节点的质量守恒方程和动量守恒方程；
以所述流体材料属性数据和所述流体分析边界条件为约束，求解所述质量守恒方程和所述动量守恒方程，得到各个所述流体模型网格节点各自的所述流体压力载荷数据。
4.根据权利要求3所述的旋转机械的模态分析方法，其特征在于，所述以所述流体压力载荷数据和所述固体材料属性数据为约束，对所述固体结构模型进行有限元分析，得到针对旋转机械的等效应力，包括：
对所述固体结构模型进行第二网格划分，得到至少一个固体结构模型网格节点；
基于所述固体材料属性数据计算各个固体结构模型网格节点的刚度数据；
分别对于每个固体结构模型网格节点进行以下处理：将所述固体结构模型网格节点对应的所述流体压力载荷数据，除以所述固体结构模型网格节点对应的所述刚度数据，得到所述固体结构模型网格节点的位移数据；
对每相邻的两个所述固体结构模型网格节点，利用两个所述固体结构模型网格节点的所述位移数据，计算两个所述固体结构模型网格节点的位移变化数据；
对于每个所述固体结构模型网格节点，利用所述固体结构模型网格节点的所述位移变化数据以及所述固体材料属性数据，计算所述旋转机械的等效应力。
5.根据权利要求4所述的旋转机械的模态分析方法，其特征在于，所述基于所述固体材料属性数据计算各个固体结构模型网格节点的刚度数据之后，所述得到所述固体结构模型网格节点的位移数据之前，还包括：
判定所述刚度数据的值小于或等于预设刚度阈值。
6.根据权利要求4所述的旋转机械的模态分析方法，其特征在于，所述在所述等效应力下，对所述旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果，包括：
获取各个固体结构模型网格节点的质量数据；
根据各个固体结构模型网格节点的刚度数据确定固体结构模型的刚度矩阵；以及根据各个固体结构模型网格节点的质量数据确定固体结构模型的质量矩阵；
利用所述刚度矩阵和所述质量矩阵求解所述旋转机械的振动频率；
将所述振动频率代入所述旋转机械的阻尼振动方程的齐次方程，得到振幅；
利用所述振幅和所述振动频率确定所述旋转机械的位移；
将所述位移和所述等效应力代入所述旋转机械的运动方程，得到所述模态分析的结果。
7.根据权利要求6所述的旋转机械的模态分析方法，其特征在于，所述在所述等效应力下，对所述旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果，还包括：
获取模态分析的阶数；
输出与所述阶数相对应的模态分析结果。
8.根据权利要求2所述的旋转机械的模态分析方法，其特征在于，所述流体分析边界条件包括：在流体分析时，所述流体模型的入口质量流量参数。
9.一种旋转机械的模态分析装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取针对所述旋转机械的流体模型的流体压力载荷数据；
第二获取模块，用于获取所述旋转机械的固体结构模型；
第三获取模块，用于获取针对所述固体结构模型的固体材料属性数据；
应力分析模块，用于以所述流体压力载荷数据和所述固体材料属性数据为约束，对所述固体结构模型进行有限元分析，得到针对所述旋转机械的等效应力；
模态分析模块，用于在所述等效应力下，对所述旋转机械进行模态分析，得到模态分析结果。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和通信总线，其中，处理器和存储器通过通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器中所存储的程序，实现权利要求1～8任一项所述的旋转机械的模态分析方法。
11.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～8任一项所述的旋转机械的模态分析方法。
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