CN116011124B - 一种振动试验系统的仿真建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种振动试验系统的仿真建模方法，涉及动力学性能评估的试验系统仿真建模技术领域，以提供一种能够获得表征振动试验系统中试验产品、夹具与振动设备的动态特性的动力学解析模型的技术方案。振动试验系统的仿真建模方法包括以下步骤：得到自由度缩减后的有限元模型；得到试验产品和夹具组合结构的动特性参数；基于试验产品和夹具组合结构的动特性参数，以及模态有效质量，得到试验产品和夹具组合结构的解析模型；根据振动设备的机械结构，建立振动设备的参数模型；基于试验产品和夹具组合结构的解析模型，以及振动设备的参数模型，对试验产品和夹具组合结构和振动设备进行耦合建模，得到振动试验系统的仿真模型。
Description
技术领域
本发明涉及动力学性能评估的试验系统仿真建模技术领域，尤其涉及一种振动试验系统的仿真建模方法。
背景技术
振动试验是航空、航天飞行器产品开展实验室力学环境试验的重要内容之一，主要用于考核产品在模拟实际振动载荷环境下的力学环境适应性，以评估飞行器产品在承受预期的正弦振动、随机振动以及冲击等力学环境载荷下的结构是否安全可靠，系统性能是否正常，制造工艺是否稳定等，是飞行器产品研制中广泛采取的一种地面试验方法。
振动试验系统通常包括试验产品、夹具以及振动设备。在开展正式试验之前，需要通过仿真手段对试验系统进行动力学分析，以获得系统的频率特性、传递特性等动力学特性，从而评估试验系统是否合理可行，并根据评估结果反馈试验设计方案，指导试验方案优化改进，同时预示试验结果，将试验系统中可能存在的重大缺陷和问题提前暴露出来，以采取有效措施，降低试验风险，降低试验成本。
随着振动试验技术的不断发展，试验对象从小型零组件逐渐拓展到部件和整机级，仿真建模的规模也越来越大，需要的计算能力在不断攀升，一味通过增加或者补充计算机硬件难以适应发展需求，且不符合工程技术进步的规律。另一方面，随着飞行器产品对高性能和精细化设计的要求日益突出，对试验系统的仿真建模需要更加模拟真实、精细化和准确反映系统特性。
目前，工程上主要有两种仿真方法进行振动试验系统建模，一种是完全采用有限元方法，将试验系统各结构进行有限元建模，按实际连接关系进行装配，模拟振动台激励进行开环式的仿真分析。另一种是采用振动台的机电耦合模型、刚柔耦合模型以及试验夹具和产品的有限元结构模型对整个试验闭环系统进行建模仿真。这两种建模方法均面临规模大、时间成本高、计算效率低和可移植性差的问题，工程使用不便利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种振动试验系统的仿真建模方法，以提供一种能够克服传统方法有限元建模规模大、效率低、实施难度大的缺点，获得能够表征振动试验系统中试验产品、夹具与振动设备的动态特性的动力学解析模型的技术方案。
第一方面，本发明提供振动试验系统的仿真建模方法，所述振动试验系统包括夹具、试验产品以及振动设备，所述夹具用于将试验产品与振动设备进行固定连接，所述振动试验系统的仿真建模方法包括以下步骤：
建立所述试验产品和所述夹具组合结构的有限元模型，并对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型；
对所述自由度缩减后的有限元模型进行模态分析，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数；
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数，以及所述试验产品和所述夹具组合结构的模态有效质量，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型；
根据所述振动设备的机械结构，建立所述振动设备的参数模型；
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型。
与现有技术相比，本发明提供的振动试验系统的仿真建模方法，首先对试验产品和夹具进行有限元仿真，能够准确模拟试验产品和夹具结构动力学特性。并通过自由度缩聚，降低了模型规模，提高了建模的效率。然后，本发明通过模态有效质量的概念对试验产品及夹具组合结构进行解析建模，可以提高建模的准确性。在对振动设备进行解析建模后，基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型。本发明提供的方法将振动试验系统分为试验产品及夹具组合结构和振动设备两大部分，分别进行仿真建模，然后再综合分析，降低了计算难度，应理解，振动设备作为通用试验设备，其仿真模型具有可移植性。本发明还综合考虑了试验产品、夹具以及振动设备的动力学耦合作用，获得反映了振动试验系统主要动力学特性的解析模型，为快速评估夹具是否满足试验要求及夹具的设计优化改进提供有效技术途径。
进一步的，所述建立所述试验产品和所述夹具组合结构的有限元模型，并对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型包括：
采用有限元方法对所述试验产品和所述夹具分别进行仿真建模，得到所述试验产品的有限元模型和所述夹具的有限元模型；
将所述试验产品的有限元模型和所述夹具的有限元模型按照实际振动试验的装配方式进行组合，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的有限元模型；
对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型。
进一步的，所述对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型包括：
采用超单元分析对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型。
进一步的，所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数包括所述试验产品和所述夹具组合结构的各阶模态的固有频率和有效质量。
进一步的，所述基于所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数，以及模态有效质量，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型包括：
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的多个目标阶模态的固有频率和有效质量；
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的多个目标阶模态的固有频率和有效质量，以及模态有效质量，将所述试验产品和所述夹具组合结构等效为多个单自由度系统，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型。
进一步的，所述基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型包括：
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，将所述组合结构与所述振动设备耦合为一系列单自由度系统与基础激励，得到耦合模型；
根据所述耦合模型的动力学平衡关系，得到所述振动试验系统的仿真模型。
进一步的，根据所述耦合模型的动力学平衡关系，得到所述振动试验系统的仿真模型的表达式为：
；
式中：k1、k2、k3…ki表示每个所述单自由度系统的刚度系数，c1、c2、c3…ci表示每个所述单自由度系统的阻尼系数，m1、m2、m3…mi表示每个所述单自由度系统的质量，x1、x2、x3…xi表示每个所述单自由度系统的位移，
表示每个所述单自由度系统的速度，/>
表示每个所述单自由度系统的加速度，xBase表示振动台的基础运动位移。
进一步的，所述基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型包括：
将所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型转换为一系列单自由度系统的并联模型后，与所述振动设备的参数模型组成串联系统，以及所述振动设备的参数模型组成串联系统，利用等效传递函数对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型。
进一步的，所述振动试验系统的仿真模型的表达式为：
其中，
，/>
为所述试验产品和所述夹具组合结构的各阶模态的等效传递函数，/>
为所述振动设备的参数模型的等效传递函数。
进一步的，
式中，A,B,C 为中间量，各弹性系数和阻尼系数，j为虚数单位，
为圆频率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的振动试验系统的仿真建模方法的步骤流程图；
图2示出了本发明实施例提供的一种振动试验系统结构组成示意图；
图3示出了本发明实施例提供的一种试验产品及夹具有限元模型示意图；
图4示出了本发明实施例提供的一种模态分析的频率和有效质量结果示意图；
图5示出了本发明实施例提供的一种振动设备的三自由度模型及参数辨识结果图；
图6示出了本发明实施例提供的一种振动设备机械部分结构简化示意图；
图7示出了本发明实施例提供的一种振动台的集中参数模型的示意图；
图8 示出了本发明实施例提供的一种振动台集中参数模型的频响函数曲线；
图9 示出了本发明实施例提供的一种试验产品及夹具的模态有效质量模型与振动台基础激励的耦合作用示意图；
图10 示出了本发明实施例提供的一种试验系统的传递函数串联与并联模型示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
振动试验是航空、航天飞行器产品开展实验室力学环境试验的重要内容之一，主要用于考核产品在模拟实际振动载荷环境下的力学环境适应性，以评估飞行器产品在承受预期的正弦振动、随机振动以及冲击等力学环境载荷下的结构是否安全可靠，系统性能是否正常，制造工艺是否稳定等，是飞行器产品研制中广泛采取的一种地面试验方法。
振动试验系统通常包括试验产品、夹具以及振动设备。在开展正式试验之前，需要通过仿真手段对试验系统进行动力学分析，以获得系统的频率特性、传递特性等动力学特性，从而评估试验系统是否合理可行，并根据评估结果反馈试验设计方案，指导试验方案优化改进，同时预示试验结果，将试验系统中可能存在的重大缺陷和问题提前暴露出来，以采取有效措施，降低试验风险，降低试验成本。
随着振动试验技术的不断发展，试验对象从小型零组件逐渐拓展到部件和整机级，仿真建模的规模也越来越大，需要的计算能力在不断攀升，一味通过增加或者补充计算机硬件难以适应发展需求，且不符合工程技术进步的规律。另一方面，随着飞行器产品对高性能和精细化设计的要求日益突出，对试验系统的仿真建模需要更加模拟真实、精细化和准确反映系统特性。
目前，工程上主要有两种仿真方法进行振动试验系统建模，一种是完全采用有限元方法，将试验系统各结构进行有限元建模，按实际连接关系进行装配，模拟振动台激励进行开环式的仿真分析。另一种是采用振动台的机电耦合模型、刚柔耦合模型以及试验夹具和产品的有限元结构模型对整个试验闭环系统进行建模仿真。这两种建模方法均面临规模大、时间成本高、计算效率低和可移植性差的问题，工程使用不便利。
基于以上现状问题，本发明实施例提出一种通用的振动试验系统仿真建模方法，考虑到目前实验室振动设备以电动振动台为主，其机械结构参数和频率、阻尼等动特性容易获得，且具备参数化建模条件，剩余的试验产品和夹具则可通过有限元方式进行建模，通过模型降解和动特性分析后，进行解析建模，最后将试验系统按实际安装关系进行耦合建模，建模难度得到降低，计算规模大大降低，计算效率显著提升，且能反映试验系统的主要动力学特性，具有广泛的适用性，工程应用方便可行。
基于此，参照图1，本发明实施例提供的一种振动试验系统的仿真建模方法，所述振动试验系统包括夹具、试验产品以及振动设备，所述夹具用于将试验产品与振动设备进行固定连接，所述振动试验系统的仿真建模方法包括以下步骤：
S100，建立所述试验产品和所述夹具组合结构的有限元模型，并对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型。
在实际中，先采用有限元方法对所述试验产品和所述夹具分别进行仿真建模，得到所述试验产品的有限元模型和所述夹具的有限元模型。在一个施例中，图2示出本发明实施例的振动试验系统结构组成示意图，其中，振动试验系统结构包括试验产品1，夹具2以及振动设备3。试验产品1通过三个耳片与夹具2通过紧固连接，夹具2的另一端与振动设备相连接，在对试验产品1和夹具2进行有限元建模时，可以采用实体单元类型对试验产品和夹具进行有限元建模，当然，也可以采用其它方法对试验产品和夹具进行有限元建模，例如：可以根据结构特点使用壳单元或者板单元等合适的单元类型创建有限元建模。
然后，将所述试验产品的有限元模型和所述夹具的有限元模型按照实际振动试验的装配方式进行组合，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的有限元模型。
参照图3，示出了对图2中的试验产品和夹具进行有限元仿真后，在按照实际振动试验的装配方式进行组合。在组合时，在紧固连接处创建多点约束连接（MPC）单元，并将紧固连接区域的试验产品及夹具的有限元节点的三个平动自由度（Ux、Uy、Uz）和三个转动自由度（Rx、Ry、Rz）通过MPC进行关联。为了方便选择MPC关联节点，可以将试验产品和夹具的节点选好后，分别创建一个组，将节点放在对应的组并命名区分。
再对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型。
在本发明实施例中，采用动力子结构的超单元技术对组合结构有限元模型进行自由度缩聚。具体的，对试验产品和夹具分别创建超单元，对试验产品的有限元模型，选择与夹具连接处的节点以及关心的若干节点（通常为动响应较大的节点，比如端部节点，也可是人为选定的点，不做特殊要求的节点）作为超单元外部节点，其他节点作为超单元的内部节点进行自由度缩聚；对夹具有限元模型，选择与试验产品连接处的节点、与振动设备连接处的节点以及关心的若干节点作为超单元外部节点，其他节点作为超单元的内部节点进行自由度缩聚。在选择试验产品与夹具连接处的节点时，可在上述MPC关联节点中直接选取。具体的，直接选取指的是MPC关联节点已经在创建MPC时确定了，不用再选一次。MPC关联节点选取原则，通常选择实际紧固件连接孔壁一圈节点即可。
基于此，本发明实施例使用有限元方法对试验产品和夹具建模，能够准确模拟试验产品和夹具的结构动力学特性。并通过自由度缩聚，降低了振动试验系统的仿真模型的规模，可以提高建模效率。
S200、对所述自由度缩减后的有限元模型进行有限元模态分析，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数。
具体的，所述夹具组合结构的动特性参数包括试验产品及夹具组合结构的各阶模态频率及有效质量。
在一个示例中，使用Nastran有限元通用软件的模态分析求解器SOL103进行超单元的模态分析，具体方法选择固定边界模态综合法（即Craig-Bampton方法）进行子结构模态综合。模态计算时，提取的模态阶数至少取10，可设置为20，也可以设置为其它需求的数值，本发明实施例对此不作具体的限定。提交Nastran进行计算得到各阶模态的分析结果，然后直接提取各阶模态的固有频率fi和模态有效质量
等参数值如图4所示。
S300、基于所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数，以及模态有效质量，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型。
具体的，基于所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的多个目标阶模态的固有频率和有效质量。其中，试验产品和夹具组合结构的多个目标阶模态可以为试验产品和夹具组合结构的前若干阶模态。
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的多个目标阶模态的固有频率和有效质量，以及模态有效质量，将所述试验产品和所述夹具组合结构等效为多个单自由度系统，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型。
在一个具体的示例中，根据图4中的模态计算结果，截取前若干阶模态进行建模，然后基于模态有效质量的物理意义，即模态有效质量可反映各阶模态对基础激励响应的贡献程度，将试验产品与夹具组合结构等效为一系列单自由度系统，见图5所示。单自由度系统的质量
对应每一阶模态的有效质量/>
，弹性系数/>
，阻尼系数
。其中，/>
为每一阶模态的固有频率；/>
为阻尼比。
本示例中，前若干阶模态截断原则为分析方向上模态有效质量总和大于总质量的95%，试验产品及夹具总质量为2.0kg，分析方向（Y向）第9阶模态以前的模态有效质量之和约1.95kg，达到总质量的97.5%，因此，本示例中截取到前9阶模态。本示例中阻尼比取试验经验值2%~5%。
S400、根据所述振动设备的机械结构，建立所述振动设备的多自由度集中参数模型。
参照图6，根据振动设备机械部分结构，建立振动设备的多自由度集中参数模型，振动设备的集中参数模型可简化为动圈骨架、动圈线圈和静圈及其连接。振动设备的质量特性容易获得，刚度和阻尼参数通过振动设备试验辨识得到，图7为振动设备的三自由度模型及参数辨识结果。
在一个实施例中，振动设备为某型电动振动设备。振动设备集中参数建模时，主要考虑振动设备动圈组合体、悬挂系统及振动设备支撑的模态特性，根据振动设备机械部分的主要组件，可将其简化为三自由度集中参数模型。图7中mt、mc和mb分别为动圈骨架、线圈和静圈的质量，可通过振动设备使用手册获得；kc、cc分别为动圈骨架与线圈之间弹性连接的刚度系数和阻尼系数；ks、cs分别为动圈组合体与静圈之间弹性连接的刚度系数和阻尼系数；kb、cb分别为空气弹簧的刚度系数和阻尼系数。刚度系数和阻尼系数需要通过参数识别得到。根据该模型以及作用在线圈上的电磁力F，可列出振动设备三自由度模型的动力学方程如下：
本例中，振动设备参数识别时，可对振动设备机械部分进行两次不同状态的锤击法模态试验获取其频响函数曲线，然后根据振动设备集中参数模型通过系统辨识方法得到各刚度系数和阻尼系数。两种状态的模态试验分别为：一次为振动设备空载状态，即不安装任何负载的状态，另一次为振动设备安装具有一定刚体质量的状态，刚体质量意味着该质量块刚度较大，体积较小，一定质量指质量块的质量应与振动设备机械部分各质量数量级相当。
图8为本例中根据辨识后的集中参数模型得到的振动设备频响函数曲线。
S500、基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型。
在一个具体的示例中，所述基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型包括：
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，将所述组合结构与所述振动设备耦合为一系列单自由度系统与基础激励，得到耦合模型；
根据所述耦合模型的动力学平衡关系，得到所述振动试验系统的仿真模型。
具体的，根据上述试验产品及夹具组合结构的模态有效质量模型的物理概念，将组合结构与振动设备的耦合作用等效为一系列单自由度系统与基础激励的作用，参照图9，基础激励的力或位移由上述振动设备集中参数模型提供。然后根据耦合模型的动力学平衡方程列出系统方程，得到试验系统仿真模型：
上式中，A,B,C 为中间量，mt、mc和mb分别为动圈骨架、线圈和静圈的质量，可通过振动设备使用手册获得；kc、cc分别为动圈骨架与线圈之间弹性连接的刚度系数和阻尼系数；ks、cs分别为动圈组合体与静圈之间弹性连接的刚度系数和阻尼系数；kb、cb分别为空气弹簧的刚度系数和阻尼系数，j为虚数单位，
为圆频率。
在另一个示例中，所述基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型包括：
将所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型组成串联系统，利用等效传递函数对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型。
具体的，假设试验夹具及产品模型与振动设备模型为串联系统，参照图10，则试验系统的仿真模型可用等效传递函数表示为：
。其中/>
为所述试验产品和所述夹具组合结构的各阶模态的等效传递函数，等于各单自由度系统传递函数的并联，即/>
；/>
为所述振动设备的参数模型的等效传递函数，可直接通过所述振动设备的参数模型的动力学方程推导得出：
式中，mt、mc和mb分别为动圈骨架、线圈和静圈的质量，可通过振动设备使用手册获得；kc、cc分别为动圈骨架与线圈之间弹性连接的刚度系数和阻尼系数；ks、cs分别为动圈组合体与静圈之间弹性连接的刚度系数和阻尼系数；kb、cb分别为空气弹簧的刚度系数和阻尼系数，j为虚数单位，
为圆频率。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”（comprising）一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种振动试验系统的仿真建模方法，其特征在于，所述振动试验系统包括夹具、试验产品以及振动设备，所述夹具用于将试验产品与振动设备进行固定连接，所述振动试验系统的仿真建模方法包括以下步骤：
建立所述试验产品和所述夹具组合结构的有限元模型，并对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型；
对所述自由度缩减后的有限元模型进行有限元模态分析，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数；
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数，以及所述试验产品和所述夹具组合结构的模态有效质量，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型；
根据所述振动设备的机械结构，建立所述振动设备的参数模型；
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型；
所述基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型包括：
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，将所述组合结构与所述振动设备耦合为一系列单自由度系统与基础激励，得到耦合模型；
根据所述耦合模型的动力学平衡关系，得到所述振动试验系统的仿真模型。
2.根据权利要求1所述的振动试验系统的仿真建模方法，其特征在于，所述建立所述试验产品和所述夹具组合结构的有限元模型，并对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型包括：
采用有限元方法对所述试验产品和所述夹具分别进行仿真建模，得到所述试验产品的有限元模型和所述夹具的有限元模型；
将所述试验产品的有限元模型和所述夹具的有限元模型按照实际振动试验的装配方式进行组合，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的有限元模型；
对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型。
3.根据权利要求2所述的振动试验系统的仿真建模方法，其特征在于，所述对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型包括：
采用超单元技术对所述组合结构的有限元模型进行自由度缩减，得到自由度缩减后的有限元模型。
4.根据权利要求1所述的振动试验系统的仿真建模方法，其特征在于，所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数包括所述试验产品和所述夹具组合结构的各阶模态的固有频率和有效质量。
5.根据权利要求4所述的振动试验系统的仿真建模方法，其特征在于，所述基于所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数，以及所述试验产品和所述夹具组合结构的模态有效质量，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型包括：
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的动特性参数，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的多个目标阶模态的固有频率和有效质量；
基于所述试验产品和所述夹具组合结构的多个目标阶模态的固有频率和有效质量，以及所述试验产品和所述夹具组合结构的模态有效质量，将所述试验产品和所述夹具组合结构等效为多个单自由度系统，得到所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型。
6.根据权利要求1所述的振动试验系统的仿真建模方法，其特征在于，根据所述耦合模型的动力学平衡关系，得到所述振动试验系统的仿真模型的表达式为：
；
式中：k1、k2、k3…ki表示每个所述单自由度系统的刚度系数，c1、c2、c3…ci表示每个所述单自由度系统的阻尼系数，m1、m2、m3…mi表示每个所述单自由度系统的质量，x1、x2、x3…xi表示每个所述单自由度系统的位移，
表示每个所述单自由度系统的速度，
表示每个所述单自由度系统的加速度，xBase表示振动台的基础运动位移。
7.根据权利要求1所述的振动试验系统的仿真建模方法，其特征在于，所述基于所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型，以及所述振动设备的参数模型，对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型包括：
将所述试验产品和所述夹具组合结构的解析模型转换为一系列单自由度系统的并联模型后，与所述振动设备的参数模型组成串联系统，并利用等效传递函数对所述试验产品和所述夹具组合结构和所述振动设备进行耦合建模，得到所述振动试验系统的仿真模型。
8.根据权利要求7所述的振动试验系统的仿真建模方法，其特征在于，所述振动试验系统的仿真模型的表达式为：
，
其中，
，/>
为所述试验产品和所述夹具组合结构的各阶模态的等效传递函数，/>
为所述振动设备的参数模型的等效传递函数。
9.根据权利要求8所述的振动试验系统的仿真建模方法，其特征在于
，
式中，A,B,C 为中间量，mt、mc和mb分别为动圈骨架、线圈和静圈的质量，通过振动设备使用手册获得；kc、cc分别为动圈骨架与线圈之间弹性连接的刚度系数和阻尼系数；ks、cs分别为动圈组合体与静圈之间弹性连接的刚度系数和阻尼系数；kb、cb分别为空气弹簧的刚度系数和阻尼系数，j为虚数单位，
为圆频率。
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| CN202310267511.9A CN116011124B (zh) | 2023-03-20 | 2023-03-20 | 一种振动试验系统的仿真建模方法 |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN106682301A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-17 | 西安电子科技大学 | 一种面向多点激励振动试验的系统模型修正方法 |
Family Cites Families (6)
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|---|---|---|---|---|
| JP3644292B2 (ja) * | 1999-03-15 | 2005-04-27 | 株式会社日立製作所 | 構造物の加振試験装置及び加振試験方法 |
| CN104915498B (zh) * | 2015-06-08 | 2018-02-23 | 广东工业大学 | 基于模型识别与等效简化的高速平台运动参数自整定方法 |
| CN106777630A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-31 | 同济大学 | 用于机械零件的模态有限元仿真精度的确定方法 |
| CN106777691B (zh) * | 2016-12-16 | 2019-12-03 | 中国船舶重工集团公司第七0五研究所 | 用于结构动力学仿真的橡胶o形圈有限元建模方法 |
| CN108959686A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-12-07 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于灵敏度分析的有限元模型修正方法 |
| CN113258696B (zh) * | 2021-02-24 | 2022-08-23 | 江苏大学 | 一种用于降低分数槽集中绕组永磁电机电磁振动的方法 |
-
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106682301A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-17 | 西安电子科技大学 | 一种面向多点激励振动试验的系统模型修正方法 |
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