CN115329643A - 适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法及系统 - Google Patents

适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法及系统 Download PDF

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CN115329643A
CN115329643A CN202211114345.0A CN202211114345A CN115329643A CN 115329643 A CN115329643 A CN 115329643A CN 202211114345 A CN202211114345 A CN 202211114345A CN 115329643 A CN115329643 A CN 115329643A
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张大义
孙赫
佟若昀
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Beihang University
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Abstract

本发明提供一种适用于分析叶片‑楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法及系统。获取叶片‑楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数；基于所述网格数据结构和动力学参数构建叶片‑楔形缘板阻尼器动力学模型；基于叶片‑楔形缘板阻尼器动力学模型，构建叶片‑楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型；基于所述模型、网格、节点及所述动力学参数输出非线性分析文件，以供非线性接触分析求解器生成非线性接触分析模型并进行数值计算。本发明通过建立叶片‑楔形缘板阻尼器的接触运动模型、发展多重减缩技术和时频域求解技术，提出了能反映阻尼器滚转、惯性和柔性影响的求解效率更高、更稳健的叶片‑楔形缘板阻尼器动力学模型的强迫振动响应求解方法。

Description

适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方 法及系统
技术领域
本发明属于计算机辅助分析技术领域，具体涉及一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法及系统。
背景技术
叶片-缘板阻尼结构系统最典型的特征是局部的强非线性：对于阻尼结构，其在叶片缘板振动的带动下做周期性的接触运动；对于叶片，其本身为线性系统，仅在与阻尼结构接触的局部作用有非线性的摩擦力。目前针对带缘板阻尼结构叶片的研究分析中，多是将系统拆分为阻尼结构和叶片分别进行研究，并通过接触界面的摩擦力将两者联系到一起。首先针对不同的阻尼结构形式建立与其实际物理工况相符的动力学模型，尔后以缘板局部的运动作为输入条件，代入到阻尼结构的接触运动模型中求解接触界面的摩擦力，进而将求得的摩擦力作为输入条件求解叶片的非线性振动响应，如此迭代求解最终得到系统的稳态振动响应。此过程中的核心问题主要集中在阻尼结构动力学模型的建立、接触摩擦力的计算及叶片非线性振动响应的求解三个方面。
摩擦理论模型是研究摩擦现象机理的本构模型，对于单个摩擦接触对，最经典的如库伦摩擦模型，稍复杂的有反映速度相关项的Dahl摩擦模型；对于整个接触面，有考虑接触面接触状态的微滑移模型。接触运动模型用来描述摩擦界面之间的相对运动关系，对于单个接触对，其间的相对运动可能是一维的、平面的或空间的，重点在于已知接触点间相对运动后摩擦力的求解算法；对于阻尼结构和叶片缘板，需要建立反映两者相对运动关系的接触运动模型。通过摩擦理论模型和接触运动模型，可以求解得到阻尼结构与叶片缘板交界面间的接触摩擦力，然后就可以进行系统非线性响应的求解。由于只有在接触局部才会有非线性摩擦力，其余以外系统均是线性的，如何利用非线性的“局部性”特征，使计算自由度降低以提高计算效率，即计算自由度的缩减也是系统非线性响应求解过程中必须研究的问题。
针对带缘板阻尼结构叶片的振动响应求解问题，国内外许多学者都进行了大量的数值和试验研究。目前该领域内领先的研究团队，有美国俄亥俄州立大学和卡耐基梅隆大学的J.H.Griffin,C.H.Menq,B.D.Yang，他们较早地针对微滑移摩擦模型、接触运动模型等开展研究，建立了接触对间复杂三维运动下摩擦力的求解方法，考虑了交界面间的微滑动摩擦耗功；还有伦敦帝国理工学院的E.P.Petrov,D.J.Ewins，他们针对楔形阻尼结构建立了工程实用的接触运动模型并完善了系统非线性响应求解方法，并对盘片耦合振动、叶片失谐等情况下的阻尼结构动力学和减振效果进行了系统的研究；另有德国汉诺威大学的L.Panning，他针对非对称形式的缘板阻尼结构开展了细致的研究；再有意大利都灵理工大学的M.M.Gola,T.Berruti，他们着重对阻尼结构运动学相关的滚转、分离等非确定性行为开展了理论和试验方面的系统研究。
发明内容
本发明提供一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法及系统，用以解决兼顾求解精度和计算效率的带缘板阻尼结构叶片的动力学响应仿真计算和设计方法需求。
第一方面，本发明提供一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法，包括：
步骤1、获取叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数；
步骤2、基于所述网格数据结构和动力学参数构建叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型；
步骤3、基于叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型，构建叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型；
步骤4、基于所述模型、网格、节点及所述动力学参数输出非线性分析文件，以供非线性接触分析求解器生成非线性接触分析模型并进行数值计算。
优选的，所述获取叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数，具体包括：
楔形缘板阻尼器与两侧叶片接触面上的所有网格节点编号和所述接触面网格节点对应的三维坐标；
所有所述叶片经过固定界面模态综合法缩减后的网格节点编号和所述叶片网格节点对应的三维坐标；
所述阻尼器的几何参数及所述叶片有限元网格节点对应的质量矩阵、刚度矩阵；
以及所述叶片-楔形缘板阻尼器有限元模型在压紧力作用下接触面网格节点对应的节点力矩阵。
优选的，所述步骤2具体包括：
步骤201、根据叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数，进行离心力作用下所述阻尼器与叶片的静力结构计算，得到所述阻尼结构在柔性条件下的静变形和实际接触正压力；
步骤202、根据前述阻尼器接触面网格节点的静变形和接触力计算结果，判定所述阻尼器与两侧叶片接触面上网格节点的接触状态，据此在所述接触面上选择恰当的接触点，建立简化的叶片-楔形缘板阻尼器接触运动模型；
步骤203、建立所述叶片-楔形缘板阻尼器静平衡状态下广义位移边界条件，及静平衡状态下所述接触面的受力边界条件。
优选的，所述步骤202具体包括：
步骤a、获取所述阻尼结构与两侧缘板接触面正压力分布，判定接触面的接触状态；
步骤b、将所述接触面按接触状态及正压力分布划分区域，得到接触应力相近的接触区域；
步骤c、对所述接触区域计算正压力合力位置坐标，在所述合力位置设定接触点；
步骤d、在所述接触点建立粘滞-滑移单元表征接触对间作用力和力矩。
优选的，所述步骤3具体包括：
步骤301、建立所述阻尼器两侧叶片的离散的非线性振动微分方程组，采用数值谐波平衡法将叶片离散的非线性振动微分方程组转化为非线性代数方程组，取无干摩擦情况下所述阻尼器两侧叶片的响应或上一频率点的稳态响应作为初值；
步骤302、将所述阻尼器两侧的缘板处接触点的振动响应转化到时域中，结合所述楔形缘板阻尼结构的动力学模型，应用变步长Dormand-Prince Runge-Kutta45求解方法在时域内求解摩擦力，然后通过线性插值得到符合采样要求的等步长的时域信号傅里叶变换求解成本，再通过傅里叶变换将所述非线性摩擦力时域信号投影到频域中，重复循环此变步长时频域迭代求解过程直到满足收敛条件，得到振动位移与非线性摩擦力之间的显式关系。
优选的，所述非线性分析文件包括所述叶片-楔形缘板阻尼器非线性振动响应、激振力以及非线性摩擦力矩阵及中间矩阵。
第二方面，本发明实施例提供一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建系统，包括：
获取模块，用于获取叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数；
构建模块，用于基于所述网格数据结构和动力学参数构建叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型；
响应模块，用于基于叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型，构建叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型；
输出模块，用于基于所述模型、网格、节点及所述动力学参数输出非线性分析文件，以供非线性接触分析求解器生成非线性接触分析模型并进行数值计算。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现任一项所述一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法的步骤。
有益效果：
本发明建立了可反映接触面上正压力分布情况和接触面微滑移状态的接触面受力描述的叶片-楔形缘板阻尼器的接触运动模型，该模型同时考虑了阻尼器的滚转自由度、惯性及柔性变形；通过对叶片模型应用固定界面模态综合法和静力凝聚等自由度缩减技术，仅保留少量自由度以降低求解成本；基于时频转换求解技术，频域内结合离散牛顿法和拟牛顿法降低求解成本、提高收敛性，时域内通过变步长时域积分求解技术和线性插值降低求解成本、提高叶片-楔形缘板阻尼器的接触运动模型计算稳定性。本发明通过建立叶片-楔形缘板阻尼器的接触运动模型、发展多重减缩技术和时频域求解技术，提出了能反映阻尼器滚转、惯性和柔性影响的求解效率更高、更稳健的叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型的强迫振动响应求解方法。
附图说明
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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
图1为本发明实施例提供的一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法流程图；
图2为本发明实施例提供的构建叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型方法流程图；
图3为本发明实施例提供的选择接触点的位置和数目方法流程图；
图4为本发明实施例提供的构建叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型方法流程图；
图5为本发明实施例提供的一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建系统结构图；
图6为本发明实施例提供的电子设备的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
当前，在航空发动机柔性楔形缘板阻尼器的设计过程中，仍然需要建立工程中更为实用的带缘板阻尼器叶片的动力学响应仿真算法，该算法需要兼顾求解精度和计算效率；需要进一步发展能够准确反映楔形缘板阻尼器真实工况的接触运动模型，以研究阻尼器滚转、接触面分离等现象，进一步提升楔形缘板阻尼结构的减振稳健性；地面燃气轮机中的楔形缘板阻尼器质量大、刚性强，在当前研究中均将其视为刚性体，而航空发动机中的楔形阻尼器尺寸小、刚度弱，必须对阻尼结构的柔性变形给予一定的考虑。本发明实施例提供一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法及系统，建立了可考虑阻尼器滚转及柔性的动力学模型，实现准确反映阻尼器的滚转和柔性变形、接触面的正压力分布和微滑移的影响；明确了阻尼结构动力学模型中接触点数目和位置的选择依据，建立了可反映接触面上正压力分布情况和微滑移状态的接触面受力描述；基于时频转换法和自由度缩减原理，发展了求解效率高、工程实用性强的带阻尼结构叶片响应求解方法。
图1为本发明实施例提供的一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法流程图，如图1所示，包括：
S1，获取叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数；
S2，基于所述网格数据结构和动力学参数构建叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型；
S3，基于叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型，构建叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型；
S4，基于所述模型、网格、节点及所述动力学参数输出非线性分析文件，以供非线性接触分析求解器生成非线性接触分析模型并进行数值计算。
具体地，首先获取叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数，作为构建模型的基础。再基于所述网格数据结构和动力学参数构建叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型，在所述叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型中引入阻尼结构的惯性、柔度和滚转的影响。接下来基于叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型，构建叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型，输出在考虑阻尼器的惯性、柔度和滚转情况下，所述叶片在外力激励作用下的响应，从而输出为信号文件，即非线性分析文件，该文件可作为非线性分析求解器的输入，得到非线性接触分析模型，并能基于非线性分析模型进行数值计算，该非线性分析求解器输出的非线性分析模型大量应用于实际的工程设计中，用于计算机辅助计算得到工程构造的参数分析。基于等几何分析模型进行工程构件的参数分析，相比于传统的有限元分析方法，计算的结果更加精确，并且可以考虑阻尼器惯性、柔度和滚转的影响。
本发明实施例建立了可反映接触面上正压力分布情况和接触面微滑移状态的接触面受力描述的叶片-楔形缘板阻尼器的接触运动模型，该模型同时考虑了阻尼器的滚转自由度、惯性及柔性变形；通过对叶片模型应用固定界面模态综合法和静力凝聚等自由度缩减技术，仅保留少量自由度以降低求解成本；基于时频转换求解技术，频域内结合离散牛顿法和拟牛顿法降低求解成本、提高收敛性，时域内通过变步长时域积分求解技术和线性插值降低求解成本、提高叶片-楔形缘板阻尼器的接触运动模型计算稳定性。本发明实例通过建立叶片-楔形缘板阻尼器的接触运动模型、发展多重减缩技术和时频域求解技术，提出了能反映阻尼器滚转、惯性和柔性影响的求解效率更高、更稳健的叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型的强迫振动响应求解方法。
在上述实施例的基础上，所述叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数，具体包括：
楔形缘板阻尼器与两侧叶片接触面上的所有网格节点编号和所述接触面网格节点对应的三维坐标；
所有所述叶片经过固定界面模态综合法缩减后的网格节点编号和所述叶片网格节点对应的三维坐标；
所述阻尼器的几何参数及所述叶片有限元网格节点对应的质量矩阵、刚度矩阵；
以及所述叶片-楔形缘板阻尼器有限元模型在压紧力作用下接触面网格节点对应的节点力矩阵。
在上述实施例的基础上，图2为本发明实施例提供的构建叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型方法流程图，如图2所示，步骤S2具体包括：
步骤201，根据叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数，进行离心力作用下所述阻尼器与叶片的静力结构计算，得到所述阻尼结构在柔性条件下的静变形和实际接触正压力；
步骤202，根据前述阻尼器接触面网格节点的静变形和接触力计算结果，判定所述阻尼器与两侧叶片接触面上网格节点的接触状态，据此在所述接触面上选择恰当的接触点，建立简化的叶片-楔形缘板阻尼器接触运动模型；
步骤203，建立所述叶片-楔形缘板阻尼器静平衡状态下广义位移边界条件，及静平衡状态下所述接触面的受力边界条件。
具体地，在步骤201中，楔形缘板阻尼器在初始静平衡状态下是处于超静定状态的，在离心力作用下，阻尼结构发生柔性静变形，对所述叶片-楔形缘板阻尼器进行离心作用力下的接触静力学计算，得到实际的接触面压力分布，进一步由实际的接触状态确定阻尼结构动力学模型中接触点的位置以及各接触点的接触正压力；
在步骤202中，引入一个两侧具有叶片楔形缘板阻尼器几何模型，使用获取的网格数据结构对象和动力学参数赋予所述几何模型初始模型参数；引入阻尼结构的滚转角度，结合阻尼结构在主振动平面内的两个位移自由度，共同组成阻尼结构的广义位移向量；对所述阻尼结构与两侧缘板接触面，采用一个粘滞-滑移单元来表征单个接触对的接触作用力，使用获取的参数赋予所述接触面的法向接触刚度和切向接触刚度；根据所述楔形缘板阻尼器与叶片接触面实际的接触状态确定接触点的位置，对每个接触点上的接触对粘滞-滑移单元定义接触刚度，最终得到所述叶片-楔形缘板阻尼器接触运动模型；
在步骤203中，在初始时刻、静平衡状态下，所述阻尼器与两侧叶片缘板接触面上的点两个位移自由度和滚转自由度初始均为零，且三者的一阶导数速度项也为零，即为广义位移边界条件，所述阻尼器与两侧叶片的接触面上的摩擦力也为零，即为受力边界条件。
本发明实施例建立了可考虑阻尼器滚转及柔性的动力学模型，实现准确反映阻尼器的滚转和柔性变形、接触面的正压力分布和微滑移的响应。
在上述实施例的基础上，图3为本发明实施例提供的步骤202中选择接触点的位置和数目的方法的流程图，如图3所示，在接触面上选择远少于网格节点的计算接触点，显著减少计算量，具体包括：
步骤a，获取所述阻尼结构与两侧缘板接触面正压力分布，判定接触面的接触状态；
步骤b，将所述接触面按接触状态及正压力分布划分区域，得到接触应力相近的接触区域；
步骤c，对所述接触接触区域计算正压力合力位置坐标，在所述合力位置设定接触点；
步骤d，在所述接触点建立粘滞-滑移单元表征接触对间作用力和力矩。
具体地，在步骤a中，考虑阻尼结构在主振动平面内的两个位移自由度和滚转自由度，以及所述缘板阻尼结构运动模型和摩擦模型，可以由阻尼结构的广义位移向量推导得到两接触面间的接触作用力，判定所述阻尼结构与两侧缘板接触面的实际接触状态。
在步骤b中，根据所述阻尼结构与两侧缘板接触面的接触状态和正压力分布，划定一个或多个接触区域，在每个接触区域中接触应力相近。
在步骤c中，在每个接触应力相近的接触区域内，选择在该区域接触正压力的合力位置作为表征该区域接触状态法的接触点，将该区域接触应力的合力作为该接触点的接触作用力。
在步骤d中，在每个接触点建立一个粘滞-滑移单元表征接触对的接触正压力及摩擦力。
本发明实施例明确了阻尼结构动力学模型中接触点数目和位置的选择依据，建立了可反映接触面上正压力分布情况和微滑移状态的接触面受力描述。
在上述实施例的基础上，图4为本发明实施例提供的构建叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型方法流程图，如图4所示，计算所述叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型输出在考虑阻尼器的惯性、柔度和滚转情况下，所述叶片在外力激励作用下的响应，步骤S4具体包括：
步骤401，建立所述阻尼器两侧叶片的离散的非线性振动微分方程组，采用数值谐波平衡法将叶片离散的非线性振动微分方程组转化为非线性代数方程组，取无干摩擦情况下所述阻尼器两侧叶片的响应或上一频率点的稳态响应作为初值；
步骤402，将所述阻尼器两侧的缘板处接触点的振动响应转化到时域中，结合所述楔形缘板阻尼结构的动力学模型，应用变步长Dormand-Prince Runge-Kutta45求解方法在时域内求解摩擦力，然后通过线性插值得到符合采样要求的等步长的时域信号傅里叶变换求解成本，再通过傅里叶变换将所述非线性摩擦力时域信号投影到频域中，重复循环此变步长时频域迭代求解过程直到满足收敛条件，得到振动位移与非线性摩擦力之间的显式关系。
具体地，在步骤401中，对于带有楔形缘板阻尼结构的叶片，采用有限元方法进行离散，建立其动力学方程。将叶片的非线性振动响应、激振力以及非线性摩擦力写成各阶次傅里叶级数叠加的形式，得到非线性振动响应、激振力以及非线性摩擦力的各次谐波。将所述非线性振动响应、激振力以及非线性摩擦力的各次谐波代入到叶片的非线性动力学方程中，并令方程两边同阶次的正余弦谐波项相互平衡，得到一系列非线性代数方程组。获取无干摩擦条件下所述叶片的线性稳态响应方程求解的初值。
在步骤402中，首先，输入获取的响应初值，得到所述叶片-楔形缘板阻尼器在频域内的非线性振动响应，通过对频域内的非线性振动响应进行离散傅里叶逆变换将其转化为时域内的响应信号；在时域中，使用四阶龙格库塔法求解所述叶片-楔形缘板阻尼器的接触运动模型，得到所述楔形缘板阻尼器与叶片接触面上的非线性摩擦力，对时域内的非线性摩擦力进行离散傅里叶变换将其转化为频域内的响应信号；在频域中，将频域内的非线性摩擦力代入使用数值谐波平衡法得到的非线性代数方程组，计算非线性代数方程组的函数值，联合离散Newton法与Broyden法对非线性代数方程组进行迭代求解，即更新叶片的稳态振动响应，重复此循环直到叶片的稳态振动响应满足迭代终止条件。
在上述实施例的基础上，所述非线性分析文件，具体包括：
所述非线性分析文件包括所述叶片-楔形缘板阻尼器非线性振动响应、激振力以及非线性摩擦力矩阵及中间矩阵。
具体地，输出的非线性分析文件，指的是将位移信号和力信号输出为矩阵形式，专用的非线性分析求解器可以通过读取信号矩阵直接生成非线性分析模型并进行数值计算，非线性分析求解器大量应用于实际工程中计算机辅助设计的建模分析及求解场景中。
本发明实施例建立了可反映接触面上正压力分布情况和接触面微滑移状态的接触面受力描述的叶片-楔形缘板阻尼器的接触运动模型，该模型同时考虑了阻尼器的滚转自由度、惯性及柔性变形；通过对叶片模型应用固定界面模态综合法和静力凝聚等自由度缩减技术，仅保留少量自由度以降低求解成本；基于时频转换求解技术，频域内结合离散牛顿法和拟牛顿法降低求解成本、提高收敛性，时域内通过变步长时域积分求解技术和线性插值降低求解成本、提高叶片-楔形缘板阻尼器的接触运动模型计算稳定性。本发明实例通过建立叶片-楔形缘板阻尼器的接触运动模型、发展多重减缩技术和时频域求解技术，提出了能反映阻尼器滚转、惯性和柔性影响的求解效率更高、更稳健的叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型的强迫振动响应求解方法。
图5本发明实施例提供的一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建系统结构图，如图5示，包括：获取模块51、构建模块52、响应模块53和输出模块54。其中，所述获取模块51用于楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数；所述构建模块52用基于所述网格数据结构和动力学参数构建叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型；所述响应模块53基于叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型，构建叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型；所述输出模块54基于所述模型、网格、节点及所述动力学参数输出非线性分析文件，以供非线性接触分析求解器生成非线性接触分析模型并进行数值计算。
本发明实施例提供的系统用于执行上述对应的方法，其具体的实施方式与方法的实施方式一致，涉及的算法流程与对应的方法算法流程相同，此处不再赘述。
在上述实施例的基础上，所述获取模块51用于：
获取楔形缘板阻尼器与两侧叶片接触面上的所有网格节点编号和所述接触面网格节点对应的三维坐标；
所有所述叶片经过固定界面模态综合法缩减后的网格节点编号和所述叶片网格节点对应的三维坐标；
所述阻尼器的几何参数及所述叶片有限元网格节点对应的质量矩阵、刚度矩阵；
以及所述叶片-楔形缘板阻尼器有限元模型在压紧力作用下接触面网格节点对应的节点力矩阵。
在上述实施例的基础上，所述构建模块52包括：接触压力和静变形提取子模块、接触点选择子模块、静平衡边界条件子模块；其中，接触压力和静变形提取子模块用于根据叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数，进行离心力作用下所述阻尼器与叶片的静力结构计算，得到所述阻尼结构在柔性条件下的静变形和实际接触正压力；接触点选择子模块用于根据前述阻尼器接触面网格节点的静变形和接触力计算结果，判定所述阻尼器与两侧叶片接触面上网格节点的接触状态，据此在所述接触面上选择恰当的接触点，建立简化的叶片-楔形缘板阻尼器接触运动模型；静平衡边界条件子模块建立所述叶片-楔形缘板阻尼器静平衡状态下广义位移边界条件，及静平衡状态下所述接触面的受力边界条件。
在上述实施例的基础上，所述接触点选择子模块，具体用于：
获取所述阻尼结构与两侧缘板接触面正压力分布，判定接触面的接触状态；
将所述接触面按接触状态及正压力分布划分区域，得到接触应力相近的接触区域；
对所述接触接触区域计算正压力合力位置坐标，在所述合力位置设定接触点；
在所述接触点建立粘滞-滑移单元表征接触对间作用力和力矩。
在上述实施例的基础上，所述响应模块53包括：非线性振动微分方程离散子模块、变步长时频域迭代求解子模块；其中，非线性振动微分方程离散子模块用于建立所述阻尼器两侧叶片的离散的非线性振动微分方程组，采用数值谐波平衡法将叶片离散的非线性振动微分方程组转化为非线性代数方程组，取无干摩擦情况下所述阻尼器两侧叶片的响应或上一频率点的稳态响应作为初值；变步长时频域迭代求解子模块用于将所述阻尼器两侧的缘板处接触点的振动响应转化到时域中，结合所述楔形缘板阻尼结构的动力学模型，应用变步长Dormand-Prince Runge-Kutta 45求解方法在时域内求解摩擦力，然后通过线性插值得到符合采样要求的等步长的时域信号傅里叶变换求解成本，再通过傅里叶变换将所述非线性摩擦力时域信号投影到频域中，重复循环此变步长时频域迭代求解过程直到满足收敛条件，得到振动位移与非线性摩擦力之间的显式关系。
在上述实施例的基础上，所述获取模块54用于：
输出非线性分析文件，以供非线性接触分析求解器生成非线性接触分析模型并进行数值计算。
图6示出了本发明的一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行如下方法：获取叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数；基于所述网格数据结构和动力学参数构建叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型；基于叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型，构建叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型；基于所述模型、网格、节点及所述动力学参数输出非线性分析文件，以供非线性接触分析求解器生成非线性接触分析模型并进行数值计算。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：获取叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数；基于所述网格数据结构和动力学参数构建叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型；基于叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型，构建叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型；基于所述模型、网格、节点及所述动力学参数输出非线性分析文件，以供非线性接触分析求解器生成非线性接触分析模型并进行数值计算。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法，其特征在于，包括：
步骤1、获取叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数；
步骤2、基于所述网格数据结构和动力学参数构建叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型；
步骤3、基于叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型，构建叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型；
步骤4、基于所述模型、网格、节点及所述动力学参数输出非线性分析文件，以供非线性接触分析求解器生成非线性接触分析模型并进行数值计算。
2.根据权利要求1所述的一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法，其特征在于，所述叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数，具体包括：
楔形缘板阻尼器与两侧叶片接触面上的所有网格节点编号和所述接触面网格节点对应的三维坐标；
所有所述叶片经过固定界面模态综合法缩减后的网格节点编号和所述叶片网格节点对应的三维坐标；
所述阻尼器的几何参数及所述叶片有限元网格节点对应的质量矩阵、刚度矩阵；
以及所述叶片-楔形缘板阻尼器有限元模型在压紧力作用下接触面网格节点对应的节点力矩阵。
3.根据权利要求2所述的一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
步骤201、根据叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数，进行离心力作用下所述阻尼器与叶片的静力结构计算，得到所述阻尼结构在柔性条件下的静变形和实际接触正压力；
步骤202、根据前述阻尼器接触面网格节点的静变形和接触力计算结果，判定所述阻尼器与两侧叶片接触面上网格节点的接触状态，据此在所述接触面上选择恰当的接触点，建立简化的叶片-楔形缘板阻尼器接触运动模型；
步骤203、建立所述叶片-楔形缘板阻尼器静平衡状态下广义位移边界条件，及静平衡状态下所述接触面的受力边界条件。
4.根据权利要求3所述的一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法，其特征在于，选择接触点的位置和数目，具体包括：
步骤a、获取所述阻尼结构与两侧缘板接触面正压力分布，判定接触面的接触状态；
步骤b、将所述接触面按接触状态及正压力分布划分区域，得到接触应力相近的接触区域；
步骤c、对所述接触区域计算正压力合力位置坐标，在所述合力位置设定接触点；
步骤d、在所述接触点建立粘滞-滑移单元表征接触对间作用力和力矩。
5.根据权利要求4所述的一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
步骤301、建立所述阻尼器两侧叶片的离散的非线性振动微分方程组，采用数值谐波平衡法将叶片离散的非线性振动微分方程组转化为非线性代数方程组，取无干摩擦情况下所述阻尼器两侧叶片的响应或上一频率点的稳态响应作为初值；
步骤302、将所述阻尼器两侧的缘板处接触点的振动响应转化到时域中，结合所述楔形缘板阻尼结构的动力学模型，应用变步长Dormand-Prince Runge-Kutta 45求解方法在时域内求解摩擦力，然后通过线性插值得到符合采样要求的等步长的时域信号傅里叶变换求解成本，再通过傅里叶变换将所述非线性摩擦力时域信号投影到频域中，重复循环此变步长时频域迭代求解过程直到满足收敛条件，得到振动位移与非线性摩擦力之间的显式关系。
6.根据权利要求1至5之一所述的一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法，其特征在于，所述模型、网格、节点及所述动力学参数输出非线性分析文件，以供非线性接触分析求解器生成非线性接触分析模型并进行数值计算。
7.一种根据权利要求1-6之一所述的适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法的构建系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取叶片-楔形缘板阻尼器网格数据结构对象及动力学参数；
构建模块，用于基于所述网格数据结构和动力学参数构建叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型；
响应模块，用于基于叶片-楔形缘板阻尼器动力学模型，构建叶片-楔形缘板阻尼器非线性接触响应模型；
输出模块，用于基于所述模型、网格、节点及所述动力学参数输出非线性分析文件，以供非线性接触分析求解器生成非线性接触分析模型并进行数值计算。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述的一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项的所述一种适用于分析叶片-楔形缘板阻尼器的非线性接触模型构建方法的步骤。
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