一種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法，目的在于，適用于對任何施加有顆粒阻尼器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行諧響應(yīng)分析，為與顆粒阻尼研究和應(yīng)用有關(guān)的仿真計(jì)算提供方便有效仿真，方法簡單，操作簡便，通用性強(qiáng)，所采用的技術(shù)方案為：(1)對待分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型建立、劃分網(wǎng)格、施加邊界條件和力激勵并進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置；(2)在待分析結(jié)構(gòu)上施加顆粒阻尼；(3)進(jìn)行迭代求解；(4)進(jìn)行后處理，查看結(jié)構(gòu)上某節(jié)點(diǎn)處的相關(guān)結(jié)果，如幅?頻響應(yīng)曲線。
【專利說明】
-種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于減振降噪領(lǐng)域，具體設(shè)及一種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 顆粒阻尼技術(shù)具有W下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易實(shí)施、能夠在惡劣環(huán)境中正常 工作、附加質(zhì)量小，從而能夠克服傳統(tǒng)阻尼技術(shù)的缺點(diǎn)；并且已經(jīng)在汽輪機(jī)葉片、液氧火箭 發(fā)動機(jī)T型導(dǎo)流槽、裝甲運(yùn)兵車、噴氣織機(jī)機(jī)架、航天雷達(dá)天線采樣立柱、社鋼冷銀、金融捆 鈔機(jī)、IC后封裝設(shè)備及大型機(jī)床等多種工程領(lǐng)域、場合得到了應(yīng)用，是一種值得推廣和應(yīng)用 前景廣泛的阻尼技術(shù)。
[0003] 顆粒阻尼技術(shù)是依靠顆粒材料來實(shí)施的，常用的顆粒材料主要W密度大、直徑小 的金屬顆粒為主，顆粒的形狀主要為球形或近似球形。顆粒阻尼技術(shù)的實(shí)施方式主要通過 W下兩種途徑完成：1)制作成顆粒阻尼器并附加在需要減振的結(jié)構(gòu)部位，其中尤W豆包阻 尼器(Bean Bag Damper,簡稱BBD)最具代表性，它是將顆粒材料用一種柔性包袋包裹而成， 最早由外國學(xué)者化PPlewell及其同事于1989年在研究僮桿的減振時發(fā)明；2)直接在需要減 振的結(jié)構(gòu)部位根據(jù)所需的直徑和深度進(jìn)行打孔，再填入一定比例的顆粒材料使其處于非阻 塞狀態(tài)，運(yùn)種技術(shù)又稱為非阻塞性顆粒阻尼技術(shù)(Non-Obs化UCtive Particle Damping,簡 稱N0PD)，該技術(shù)由美國洛克威爾公式的化11〇331曰11博±于1991年提出，其目的是為了解決 工作條件極端惡劣或限于結(jié)構(gòu)本身的特殊性很難甚至無法采用其他減振措施的結(jié)構(gòu)的體 振動問題。
[0004] 截至目前，關(guān)于顆粒阻尼技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究主要集中在耗能機(jī)理分析與響應(yīng)預(yù) 估等兩大方面的內(nèi)容，其中關(guān)于顆粒阻尼的耗能機(jī)理研究，經(jīng)過近20年的努力，目前國內(nèi)外 學(xué)者已經(jīng)達(dá)成普遍共識，即顆粒阻尼是一種阻尼大小依賴于振幅的一種高度非線性阻尼， 其耗能機(jī)理主要分為內(nèi)外兩種阻尼效應(yīng);其中內(nèi)部效應(yīng)是由于顆粒之間的碰撞、摩擦而引 起的，外部效應(yīng)則是由于顆粒與結(jié)構(gòu)內(nèi)腔面之間的碰撞、摩擦引起。關(guān)于顆粒阻尼復(fù)合結(jié)構(gòu) 振動與聲福射響應(yīng)預(yù)估問題，目前的研究對象集中在簡支的復(fù)合梁、板結(jié)構(gòu)上，所采取的方 法有微觀顆粒動力學(xué)理論和基于氣固兩相流理論;而且都得到了充分的發(fā)展。
[0005] 盡管有關(guān)顆粒阻尼的理論研究得到了較大發(fā)展，顆粒阻尼也在許多領(lǐng)域、場合得 到了很好的應(yīng)用，但是，在實(shí)際研究和應(yīng)用中需要進(jìn)行大量的仿真模擬計(jì)算，運(yùn)種對于施加 有顆粒阻尼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬計(jì)算的方法存在著較大的問題：
[0006] (1)可用的仿真軟件或方法較少。目前僅邸EMX0MS0L等少數(shù)軟件可用于對施加有 顆粒阻尼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，除此之外則需要進(jìn)行自己編程計(jì)算;運(yùn)使得對顆粒阻尼的 研究和應(yīng)用具有一定的限制。
[0007] (2)可用于仿真的軟件或方法存在著巨大問題。對于抓EMX0MS0L和自編程方法， 都具有相應(yīng)的問題:EDEM主要應(yīng)用于模擬散狀物料顆粒體系的行為特征，但是，對于施加有 顆粒阻尼的結(jié)構(gòu)建模十分困難，并且，各離散單元之間通過彈黃阻尼系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)及計(jì)算 量大，計(jì)算耗時長。COMSOL網(wǎng)格功能不完善，導(dǎo)入其他軟件劃分的網(wǎng)格并不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格編 輯，而由COMSOL生成的網(wǎng)格質(zhì)量較差，不適應(yīng)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)；除此之外COMS化的應(yīng)用并不廣 泛，其運(yùn)算時需要占據(jù)大量內(nèi)存和CPU,能夠計(jì)算的單元數(shù)量很容易受到硬件的限制。自編 程理論上可W實(shí)現(xiàn)任何結(jié)構(gòu)的仿真計(jì)算，但是對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)其工作量巨大，并不適用。
[0008] (3)并沒有具體化的顆粒阻尼模型，不利于實(shí)際應(yīng)用。雖然抓EMX0MS0L可W用于 對施加有顆粒阻尼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算，但是其中并沒有具體化的顆粒阻尼模塊;E抓M中 需要對顆粒阻尼器模型進(jìn)行建模，工作量過于巨大;COMSOL中是根據(jù)顆粒阻尼器的質(zhì)量和 等效阻尼系數(shù)，來進(jìn)行質(zhì)量和與振幅相關(guān)的力載荷的設(shè)定，并不是真正意義上的"施加顆粒 阻尼器"，運(yùn)種方式需要使用者對顆粒阻尼基本理論具有非常深刻的認(rèn)識和理解。但是，對 于實(shí)際應(yīng)用，其顆粒阻尼器的幾何參數(shù)及其他直觀參數(shù)更容易獲得，如:腔體直徑D。、腔體 高度出、空腔質(zhì)量Mc和顆粒材料密度Pp、顆粒直徑dp、顆?；謴?fù)系數(shù)epW及顆粒在腔體內(nèi)的質(zhì) 量填充比a或者體積填充比口 P。
[0009] 所W，針對上述的問題，需要進(jìn)行新的關(guān)于顆粒阻尼的開發(fā);對顆粒阻尼模型進(jìn)行 具體化，并使其能夠在軟件中方便操作、容易建模;在軟件進(jìn)行仿真計(jì)算過程中能夠改善占 用大量內(nèi)存、CPU的問題，克服對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)網(wǎng)格處理困難、對于大型結(jié)構(gòu)單元數(shù)量多而使 仿真計(jì)算受到計(jì)算機(jī)硬件限制等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種方法簡單，操作簡便，通用性強(qiáng)，適 用于對任何施加有顆粒阻尼器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行諧響應(yīng)分析，為與顆粒阻尼研究和應(yīng)用有關(guān)的仿 真計(jì)算提供方便有效仿真的顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)W上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:包括W下步驟：
[0012] 1)對待分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行前處理:包括對待分析結(jié)構(gòu)建立=維模型，W及對建立的= 維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分、施加邊界條件和力激勵，并設(shè)置待分析結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)；
[0013] 2)在待分析結(jié)構(gòu)上施加顆粒阻尼：2.1)設(shè)定顆粒阻尼器的相關(guān)參數(shù);2.2)設(shè)定在 待分析結(jié)構(gòu)上施加顆粒阻尼器的位置坐標(biāo)和方向；2.3)對待分析結(jié)構(gòu)的=維模型施加顆粒 阻尼；
[0014] 3)對整個待分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行求解：
[00巧]3.1)計(jì)算等效阻尼系數(shù)Ceq=O時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)X;
[0016] 3.2)提取施加有顆粒阻尼的節(jié)點(diǎn)的位移幅值Ixl
[0017] 3.3)根據(jù)下列公式計(jì)算迭代后的位移響應(yīng)幅值Ixl ，并轉(zhuǎn)換成響應(yīng)的速度響應(yīng)
幅值問
[001 引
[0019]
[0020] 巧(閩)表示根據(jù)幅值I X I及進(jìn)行參數(shù)設(shè)定并求解獲得的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值，A為根據(jù)結(jié) 構(gòu)初始穩(wěn)態(tài)響應(yīng)確定的松弛因子；
[0021] 3.4)根據(jù)獲得的求解等效阻尼系數(shù)Ceq;
[0022] 3.5)更改待分析結(jié)構(gòu)中的顆粒阻尼對應(yīng)的等效阻尼系數(shù)Ceq,并求解；
[0023] 3.6)重復(fù)步驟3.2)~3.5)，直到滿足收斂條件：|乂|*+"-|乂|?的絕對值足夠小，即 完成求解；
[0024] 4)對步驟3)求解的結(jié)果進(jìn)行后處理:包括參數(shù)導(dǎo)出、查看振型圖W及幅-頻響應(yīng)曲 線，即完成顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法。
[0025] 所述步驟2.1)中設(shè)定顆粒阻尼器的相關(guān)參數(shù)的具體步驟如下：
[0026] 2.1.1)輸入顆粒阻尼器的相關(guān)參數(shù):包括腔體直徑D。、腔體高度H。、空腔質(zhì)量Mc和 顆粒材料密度Pp、顆粒直徑dp、顆粒恢復(fù)系數(shù)ep W及顆粒在腔體內(nèi)的質(zhì)量填充比a;
[0027] 2.1.2)根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算下式中的系數(shù)心。2、。3、如、。21、。3成顆粒阻尼器的質(zhì)量 M：
[002引
[0029] 式中：Ceq為等效阻尼系數(shù);I引為速度幅值;Cl為系數(shù)；
[0030] M=Mc+M'a
[0031] 式中:Mc為空腔質(zhì)量;為空腔所能容納的顆粒最大質(zhì)量;a為質(zhì)量填充比。
為不施加顆粒阻尼時結(jié)構(gòu)的第一階固有頻率；
[003；3] C、ai、Q2計(jì)算公式為
；式中，Dc為腔體直徑， 出為腔體高度；
充比。
[0036] 所述步驟2.3)中對待分析結(jié)構(gòu)的=維模型施加顆粒阻尼的具體步驟如下:首先指 定在待分析結(jié)構(gòu)上施加顆粒阻尼器的位置坐標(biāo)(x，y，z)及方向，然后查找待分析結(jié)構(gòu)中與 指定位置最近的節(jié)點(diǎn)N，在節(jié)點(diǎn)N出創(chuàng)建MASS21單元并將顆粒阻尼器的質(zhì)量M設(shè)置為MASS21 單元的參數(shù);最后在節(jié)點(diǎn)N附近根據(jù)設(shè)置的顆粒阻尼器方向創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)M，并在節(jié)點(diǎn)N與節(jié)點(diǎn)M 之間創(chuàng)建C0MBIN14單元。
[0037] 所述步驟3)中在求解過程中，首先提取諧響應(yīng)分析的下限頻率LFREQ、上限頻率 HFREQ和求解步數(shù)STFREQ，然后根據(jù)上述S個參數(shù)，將需要進(jìn)行諧響應(yīng)分析的頻帶[LFREQ， HFREQ ]劃分為STFREQ個子區(qū)間，每個子區(qū)間長度為：SUBFREQ =化FREQ-LFREQ)/STFREQ，第n 個子區(qū)間為[LFREQ+(n-1) *SUBFREQ，LFREQ+n* SUBFREQ ]，每個子區(qū)間的上限頻率作為一個 計(jì)算點(diǎn)，進(jìn)行諧響應(yīng)分析。
[0038] 所述步驟3)中的求解方式為整體迭代方式，具體包括W下步驟:①根據(jù)子區(qū)間數(shù) 定義顆粒阻尼等效系數(shù)數(shù)組Ceq[STFREQ]，并賦初值;②從第1個子區(qū)間開始到最后一個子區(qū) 間，依次進(jìn)行區(qū)間內(nèi)的諧響應(yīng)分析求解;③提取穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值，計(jì)算每個子區(qū)間上的等效阻 尼系數(shù)Ceq[n];④設(shè)置第n個子區(qū)間分析時C0MBIN14單元的線性阻尼參數(shù)為Ceq[n];⑤重復(fù) 步驟②~④直到滿足收斂條件，最終求解的數(shù)據(jù)為整個頻帶內(nèi)的諧響應(yīng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果。
[0039] 所述步驟3)中的求解方式為局部迭代方式，具體包括W下步驟:①在第n個子區(qū)間 數(shù)定義顆粒阻尼等效系數(shù)Ceq，并賦初值;②對第n個子區(qū)間進(jìn)行諧響應(yīng)分析求解;③提取穩(wěn) 態(tài)響應(yīng)幅值，計(jì)算等效阻尼系數(shù)Ceq;④設(shè)置C0MBIN14單元的線性阻尼參數(shù)為Ceq;⑤重復(fù)步 驟②~④直到滿足收斂條件;⑥對第n+1個子區(qū)間重復(fù)步驟①~⑤，直到最后一個子區(qū)間求 解完畢，各子區(qū)間求解結(jié)果共同組成整個頻帶內(nèi)的諧響應(yīng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果。
[0040] 所述步驟3)中的求解方式為局部迭代-整體求解方式，具體包括W下步驟:①根據(jù) 子區(qū)間數(shù)定義顆粒阻尼等效系數(shù)數(shù)組Ceq[STFREQ]，并賦初值;②對第n個子區(qū)間進(jìn)行諧響應(yīng) 分析求解;③提取穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值，計(jì)算等效阻尼系數(shù)Ceq[n];④C0MBIN14單元的線性阻尼參 數(shù)為Ceq[n];⑤重復(fù)步驟②~④直到滿足收斂條件，此時Ceq[n]作為最終的該子區(qū)間的等效 阻尼系數(shù);⑥對第n+1個子區(qū)間重復(fù)步驟①~⑤，直到最后一個子區(qū)間求解完畢，此時獲得 各子區(qū)間上的最終收斂時的顆粒阻尼系數(shù);⑦從第1個子區(qū)間開始到最后一個子區(qū)間，依次 設(shè)置該子區(qū)間的等效阻尼系數(shù)，并進(jìn)行區(qū)間內(nèi)的諧響應(yīng)分析求解，最終求解數(shù)據(jù)為整個頻 帶內(nèi)的諧響應(yīng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果。
[0041] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明是基于ANSYS二次開發(fā)技術(shù)，最大限度地使用了 ANSYS的 原有功能，對分析過程中的建模、網(wǎng)格處理、參數(shù)設(shè)置等有很大幫助;并根據(jù)基于氣固兩相 流理論的顆粒阻尼模型，利用ANSYS內(nèi)置的MASS21單元和C0MBIN14單元對顆粒阻尼器進(jìn)行 了準(zhǔn)確模擬，使得用戶通過輸入顆粒阻尼器參數(shù)及設(shè)置施加位置，實(shí)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上施加顆粒 阻尼器，避免了需要將顆粒阻尼器認(rèn)為劃分為質(zhì)量部分和阻尼效應(yīng)部分，從而避免在仿真 中進(jìn)行更多參數(shù)的設(shè)定和公式的輸入;而且本發(fā)明使得顆粒阻尼器的概念更加清晰、形象 更加具體，產(chǎn)生了顆粒阻尼器應(yīng)有的模型，而不僅僅是"質(zhì)量與阻尼效應(yīng)"的結(jié)合；除此之 夕h本發(fā)明使得對顆粒阻尼器的施加更加方便、操作更加簡單，為與顆粒阻尼有關(guān)的仿真研 究和應(yīng)用仿真，提供了方便有效的仿真方法，對促進(jìn)顆粒阻尼的研究與應(yīng)用具有一定的效 果，方法簡單，操作簡便，通用性強(qiáng)，適用于對任何施加有顆粒阻尼器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行諧響應(yīng)分 析。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本發(fā)明求解的具體實(shí)施流程圖；
[0043] 圖2為用于進(jìn)行仿真示例和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的梁結(jié)構(gòu)零件圖，其中陰影部分為仿真示例 約束自由度部分和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中固定夾持部位；
[0044] 圖3為本發(fā)明對梁結(jié)構(gòu)完成建模和前處理后未施加顆粒阻尼的結(jié)果圖；
[0045] 圖4為本發(fā)明對梁結(jié)構(gòu)完成建模和前處理并對其施加顆粒阻尼后的結(jié)果圖；
[0046] 圖5為對未施加顆粒阻尼的梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行諧響應(yīng)分析并提取結(jié)構(gòu)上實(shí)驗(yàn)測量點(diǎn)的 幅-頻響應(yīng)曲線圖；
[0047] 圖6為本發(fā)明對施加有顆粒阻尼的梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行諧響應(yīng)分析并提取結(jié)構(gòu)上實(shí)驗(yàn)測量 點(diǎn)的幅-頻響應(yīng)曲線圖；
[0048] 圖7為測量等強(qiáng)度梁加速度傳函的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，其中，1-力傳感器、2-懸臂梁、 3-激振器、4-加速度傳感器、5-M+P so Analyzer測量分析系統(tǒng)、6-功放、7-計(jì)算機(jī)；
[0049] 圖8a為未施加顆粒阻尼器(無阻尼）的等強(qiáng)度梁的加速度傳函曲線實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果； 圖8b為施加顆粒阻尼器(有阻尼）的等強(qiáng)度梁的加速度傳函曲線實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果；
[0050] 圖9為等強(qiáng)度梁的加速度傳函曲線一一實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果與本發(fā)明進(jìn)行的仿真結(jié)果對 比圖；
[0051] 圖10為本發(fā)明的實(shí)施流程及功能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說明。
[0053] 本發(fā)明利用ANSYS對結(jié)構(gòu)進(jìn)行前處理和后處理，然后利用基于ANSYS二次開發(fā)技術(shù) 開發(fā)的GUI界面和宏文件，在結(jié)構(gòu)上施加顆粒阻尼模型，并調(diào)用求解宏文件對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行 迭代求解;方法簡單，操作簡便，通用性強(qiáng)，適用于對任何施加有顆粒阻尼器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行諧 響應(yīng)分析，為與顆粒阻尼研究和應(yīng)用有關(guān)的仿真計(jì)算提供方便有效的仿真方法。
[0054] 本發(fā)明具體包括W下步驟：
[0055] 1)基于ANSYS二次開發(fā)技術(shù)，利用UI化和AP化語言對ANSYS進(jìn)行二次開發(fā)，得到相 應(yīng)的GUI界面和可擔(dān)行宏文件，GUI界面包括:顆粒阻尼參數(shù)輸入界面、顆粒阻尼施加位置設(shè) 置界面、調(diào)用求解宏文件進(jìn)行求解界面;宏文件包括:根據(jù)顆粒阻尼器參數(shù)求解等效顆粒阻 尼公式中參數(shù)的宏文件A、根據(jù)設(shè)置的施加顆粒阻尼器位置在結(jié)構(gòu)上施加顆粒阻尼的宏文 件B、根據(jù)已有的參數(shù)及ANSYS前處理結(jié)果對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行迭代求解的宏文件C。
[0056] 對于界面開發(fā)，采用UI化語言編輯控制頭文件，實(shí)現(xiàn)對ANSYS菜單的增加和對話框 的創(chuàng)建?？刂祁^文件中必須具有一定格式文件頭，其中必須包含如下的字符段":1，〇,〇,〇"， 其中0分別位于9、18、27列。文件頭結(jié)束之后，構(gòu)造結(jié)構(gòu)塊，其格式為：頭部分、數(shù)據(jù)控制部 分、尾部分;頭部分需要(依次)聲明結(jié)構(gòu)塊的名稱(使用:N)，必須包含":S，0,0,0"，其中0分 別位于9、16、23列，聲明結(jié)構(gòu)塊的類型(使用:T)，結(jié)構(gòu)塊的名字(使用:A)和說明信息(使用： D)等;數(shù)據(jù)控制部分可W是命令、表達(dá)式或者調(diào)用宏文件的語句;尾部分為":E EN護(hù)。
[0057] 可運(yùn)行宏文件即使用AP化語言編寫的一系列可W被ANSYS執(zhí)行的解釋性命令語句 或者表達(dá)式。宏文件A中主要是根據(jù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算的表達(dá)式。宏文件B中需要提取節(jié)點(diǎn)、 單元的參數(shù)，并創(chuàng)建單元等，其使用的AP化命令有：
[0化引獲取單元類型最大編號eletyp:*GET，eletyp，ETYP，，NUM，MAX
[0059] 獲取最大節(jié)點(diǎn)數(shù)nodnum:*GET，nodunm，NODE，，NUM，MAX
[0060] 獲取節(jié)點(diǎn)坐標(biāo) X: *GET，X，NODE，nodnum，LOC，X
[0061 ] 限制節(jié)點(diǎn)所有自由度:D，CBNUMB，A化，0
[0062] 定義新單元編號newele:ET，newele，C0MBIN14，C0MBIN14為具體單元類型；
[0063] 定義新的實(shí)常數(shù)new;rcon:R,new;rcon,0,0.1，數(shù)字為對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置；
[0064] 創(chuàng)建新的單元:E,eIenuml ,elenum2
[0065] 宏文件C中需要獲取求解頻率范圍和求解步數(shù)、定義數(shù)組、獲取節(jié)點(diǎn)振幅及求解過 程控制循環(huán)，并且包含大量的運(yùn)輸表達(dá)式。其中使用的主要命令有：
[0066] 獲取求解的下限頻率LFREQ:*GET,LFREQ,common, ,Stepcm, ,real,6
[0067] 獲取求解的上限頻率HFREQ:*GET,HFREQ,common，，Stepcm，，real,7
[006引 獲取求解的步數(shù)STFREQ:*GET,STFREQ,common，，Stepcm,，int, 12
[0069] 定義一個數(shù)組 my array :蝴 IM, my array ,ARRAY, Ieth
[0070] 獲取節(jié)點(diǎn) nodnum 的 X方向振幅值resul t: *GET, resul t, NODE, nodnum, U, X [0071 ]其中包含的邏輯過程如下：
[0072] (1)調(diào)用ANSYS已有的求解命令SOLVE，計(jì)算Ceq = 0時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)X;
[0073] (2)提取施加有顆粒阻尼的節(jié)點(diǎn)的位移幅值IX I W ;
[0074] (3)根據(jù)下式所示的迭代格式，計(jì)算迭代后的位移響應(yīng)幅值Ixl 并轉(zhuǎn)換成響應(yīng) 的速度響應(yīng)幅值I乂如W)表示根據(jù)幅值IX I及進(jìn)行參數(shù)設(shè)定并利用ANSl^求解獲得的 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值，A為根據(jù)結(jié)構(gòu)初始穩(wěn)態(tài)響應(yīng)確定的松弛因子；
[0075]
[0076] (4)根據(jù)獲得的間…^求解等效阻尼系數(shù)Ceq;
[0077] (5)更改待分析結(jié)構(gòu)中的顆粒阻尼對應(yīng)的等效阻尼系數(shù)Ceq,并調(diào)用ANSYS已有的求 解命令SOLVE求解；
[0078] (6)重復(fù)2~5步驟，直到滿足收斂條件=IxI^U-IxI W的絕對值足夠小。
[0079] 2)利用ANSYS對待分析結(jié)構(gòu)施加顆粒阻尼并進(jìn)行分析，其前處理和后處理均由 ANSYS經(jīng)典界面完成，如模型建立、參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)格劃分、邊界條件及載荷設(shè)定等，參數(shù)設(shè)置 包括待分析結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)，如密度、楊氏模量、泊松比，如果有更高的要求，還可能設(shè)及其 他的參數(shù)；
[0080] 3)對待分析結(jié)構(gòu)施加顆粒阻尼的過程由1)中所述的開發(fā)結(jié)果進(jìn)行：
[0081 ] 本發(fā)明中采用ANSYS軟件內(nèi)置的MASS21單元和C0MBIN14單元聯(lián)合模擬顆粒阻尼 器，對結(jié)構(gòu)施加顆粒阻尼器時，需要先輸入顆粒阻尼器的相關(guān)參數(shù):腔體直徑D。、腔體高度 出、空腔質(zhì)量Mc和顆粒材料密度化、顆粒直徑dp、顆?；謴?fù)系數(shù)epW及顆粒在腔體內(nèi)的質(zhì)量填 充比〇,輸入完成并確定，調(diào)用宏文件A根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算下式中的系數(shù)Cl、C2、C3、Cn、C21、C31 及顆粒阻尼器的質(zhì)量M:
[0082]
(1；
[0083] 式中：Ceq為等效阻尼系數(shù);I到為速度幅值;Cl為系數(shù);在宏文件A中僅根據(jù)輸入的參 數(shù)計(jì)算Cl值，Ceq的值為迭代求解過程中提取速度幅值后進(jìn)行計(jì)算。
[0084] (2)
[0085] (3)
[0086] (4)
[0087] (5)
[008引 （6)
[0089] 饑
[0090] W上，f為不施加顆粒阻尼時結(jié)構(gòu)的第一階固有頻率，氏〇1、〇2、具有如下表達(dá)式：
[0091]
(8)
[0092] ai = Ki/K3 (9)
[0093] a2 = K2/K3 (10)
[0094] W上，D。為腔體直徑，出為腔體高度，0。、1(1、1(2、拉具有如下表達(dá)式：
[0095] ' ' (11)
[0096] (12)
[0097] (13)
[009引 （14)
[0099] W上，Pg為空氣密度，化顆粒材料密度，ep顆?；謴?fù)系數(shù)，dp顆粒直徑，d)為內(nèi)摩擦 角，I2D為偏應(yīng)力的二次不變量，Qp、gp具有如下表達(dá)式：
[0100]
<^15)
[0101] Qp = O.56Xa (16)
[0102] 其中，Cl為質(zhì)量填充比。
[0103] 然后設(shè)定施加顆粒阻尼器的位置坐標(biāo)(x，y，z)及方向，首先查找待分析結(jié)構(gòu)中與 指定位置最近的節(jié)點(diǎn)N，在節(jié)點(diǎn)N出創(chuàng)建MASS21單元并將顆粒阻尼器的質(zhì)量M設(shè)置為MASS21 單元的參數(shù);除此之外，在節(jié)點(diǎn)N附近根據(jù)設(shè)置的顆粒阻尼器方向創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)M，并在節(jié)點(diǎn)N與 節(jié)點(diǎn)M之間創(chuàng)建C0MBIN14單元;在進(jìn)行迭代求解的過程中，每次調(diào)用宏文件C進(jìn)行迭代計(jì)算 得到的等效阻尼系數(shù)Ceq的值，都用AP化語言中的"R"命令將其設(shè)置為C0MBIN14的線性阻尼 參數(shù)；W此實(shí)現(xiàn)"顆粒阻尼的等效阻尼系數(shù)隨振動穩(wěn)態(tài)響應(yīng)速度幅值(位移幅值與激勵頻率 的積)變化而變化"的非線性阻尼效應(yīng)，具體過程如下：
[0104] (1)根據(jù)輸入?yún)?shù)計(jì)算顆粒阻尼器的質(zhì)量M:
[0105] M=Mc+M'a (17)
[0106] 式中:Mc為空腔質(zhì)量;為空腔所能容納的顆粒最大質(zhì)量;a為質(zhì)量填充比。
[0107] (2)獲取"單元類型"最大編號、"單元接觸實(shí)常數(shù)"最大編號和已有節(jié)點(diǎn)最大編號， 使用的命令為：
[0108] 獲取單元類型最大編號 eletyp:*GET，eletyp，ETYP，，NUM，MAX
[0109] 獲取單元接觸實(shí)常數(shù)最大編號；rconnum:*GET,;rconnum,RCON,,NUM,MAX
[0110] 獲取已有節(jié)點(diǎn)最大編號nodnum:*GET,nodunm,NODE,,NUM,MAX
[0111] (3)提取距離設(shè)置施加顆粒阻尼器位置最近的節(jié)點(diǎn)編號及其坐標(biāo)，設(shè)置的坐標(biāo)為 (x，y，z)，使用的命令為：
[0112] 提取節(jié)點(diǎn)編號 tnodnum: tnodnum = NODE (x,y, Z)
[0113] 提取節(jié)點(diǎn) tnodnum 的 X軸坐標(biāo) XX: *GET, XX, NODE, tnodnum, LOC, X
[0114] 提取節(jié)點(diǎn)tnodn皿的X軸坐標(biāo)時將上述"X"分別更改為"Y"、"Z"。
[0115] (4)創(chuàng)建 MASS21 單元：
[0116] ET,eletyp+l,MASS21,,,0
[0117] R,rconnum+l
[011 引 TYPE，eletyp+l
[0119] REAL,rconnum+l
[0120] E,tnodnum
[0121] (5)創(chuàng)建C0MBIN14單元，首先根據(jù)方向創(chuàng)建一個與節(jié)點(diǎn)tnodnum相近的節(jié)點(diǎn) pnodmim并約束自由度，使用的命令為：
[0122] 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)；N,pnodnum,xxp,yyp,zzp
[0123] 約束自由度:D，pnodnum，A化，0
[0124] 然后創(chuàng)建C0MBIN14單元：
[01 巧]ET,eletyp+2,combinl4
[0126] KEY0PT,eletyp+2,2,3
[0127] TYPE,eletyp+2 [012 引 REAL, ;rconnum+2
[0129] R,rconnum+2,0,Ceq
[0130] E,tnodnum,pnodnum
[0131] 4)利用ANSYS經(jīng)典界面進(jìn)行前處理并利用本發(fā)明中開發(fā)的界面及宏文件對結(jié)構(gòu)施 加顆粒阻尼后，調(diào)用宏文件C對整個待分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行求解，求解過程中使用的邏輯過程如步 驟1)中所示;其具體的實(shí)現(xiàn)方式有=種，每一種實(shí)現(xiàn)方式之中，都需要從用戶的參數(shù)設(shè)置中 提取諧響應(yīng)分析的下限頻率LFREQ、上限頻率HFREQ和求解步數(shù)STFREQ，然后根據(jù)上述S個 參數(shù)，將需要進(jìn)行諧響應(yīng)分析的頻帶[LFREQ，HFREQ]劃分為STFREQ個子區(qū)間，每個子區(qū)間長 度為：
[0132] SUBFREQ= (HFREQ-LFREQ)/STFREQ
[0133] 第11個子區(qū)間為[口^69+(11-1)*5冊。1?69，口^69+11巧郵。1?69]，每個子區(qū)間的上限頻 率作為一個計(jì)算點(diǎn)，進(jìn)行諧響應(yīng)分析;=種實(shí)現(xiàn)方式如下：
[0134] (1)整體迭代方式
[0135] ①根據(jù)子區(qū)間數(shù)定義顆粒阻尼等效系數(shù)數(shù)組Ceq[STFREQ]并賦初值，②從第1個子 區(qū)間開始到最后一個子區(qū)間，依次進(jìn)行區(qū)間內(nèi)的諧響應(yīng)分析求解，③提取穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值，計(jì) 算每個子區(qū)間上的等效阻尼系數(shù)Ceq[n]，④通過ANSYS的AP化命令"R"設(shè)置第n個子區(qū)間分析 時C0MBIN14單元的線性阻尼參數(shù)為Ceq[n]，⑤重復(fù)步驟②~④直到滿足收斂條件，最終求解 數(shù)據(jù)為整個頻帶內(nèi)的諧響應(yīng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果；
[0136] (2)局部迭代方式
[0137] ①在第n個子區(qū)間數(shù)定義顆粒阻尼等效系數(shù)Ceq并賦初值，②調(diào)用ANSYS內(nèi)置命令 SOLVE進(jìn)行分析求解，③提取穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值，計(jì)算等效阻尼系數(shù)Ceq，④通過ANSYS的AP化命令 "R"設(shè)置C0MBIN14單元的線性阻尼參數(shù)為Ceq,⑤重復(fù)步驟②~④直到滿足收斂條件;⑥對第 n+1個子區(qū)間重復(fù)步驟①~⑤，直到最后一個子區(qū)間求解完畢，各子區(qū)間求解結(jié)果共同組成 整個頻帶內(nèi)的諧響應(yīng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果；
[0138] (3)局部迭代-整體求解方式
[0139] ①根據(jù)子區(qū)間數(shù)定義顆粒阻尼等效系數(shù)數(shù)組Ceq[STFREQ]并賦初值，②對第n個子 區(qū)間調(diào)用ANSYS內(nèi)置命令SOLVE進(jìn)行分析求解，③提取穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值，計(jì)算等效阻尼系數(shù)Ceq [n]，④通過ANSYS的AP化命令"護(hù)設(shè)置C0MBIN14單元的線性阻尼參數(shù)為Ceq[n]，⑤重復(fù)步驟 ②~④直到滿足收斂條件，此時Ceq[n]作為最終的該子區(qū)間的顆粒等效阻尼系數(shù)，⑥對第n+ 1個子區(qū)間重復(fù)步驟①~⑤，直到最后一個子區(qū)間求解完畢，此時獲得各子區(qū)間上的最終收 斂時的顆粒等效阻尼系數(shù)，⑦從第1個子區(qū)間開始到最后一個子區(qū)間，依次設(shè)置該子區(qū)間的 顆粒等效阻尼系數(shù)并進(jìn)行區(qū)間內(nèi)的諧響應(yīng)分析求解，最終求解數(shù)據(jù)為整個頻帶內(nèi)的諧響應(yīng) 分析數(shù)據(jù)結(jié)果。
[0140] 宏文件C對整個施加有顆粒阻尼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行迭代求解，其采用的邏輯如下所示：
[0141] (1)調(diào)用ANSYS已有的求解命令SOLVE，計(jì)算Ceq = O時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)X;
[0142] (2)提取施加有顆粒阻尼的節(jié)點(diǎn)的位移幅值Ixl
[0143] (3)根據(jù)下式所示的迭代格式，計(jì)算迭代后的位移響應(yīng)幅值Ixl 并轉(zhuǎn)換成響應(yīng) 的速度響應(yīng)幅值如W讀示根據(jù)幅值陽及進(jìn)行參數(shù)設(shè)定并利用ANSl^求解獲得的 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值，A為根據(jù)結(jié)構(gòu)初始穩(wěn)態(tài)響應(yīng)確定的松弛因子；
[0144] (18)
[0145] ( 19)
[0146] (4)根據(jù)獲得的I 乂 pK + W，求解等效阻尼系數(shù)Ceq;
[0147] (5)更改結(jié)構(gòu)中的顆粒阻尼對應(yīng)的等效阻尼系數(shù)Ceq,并調(diào)用ANSYS已有的求解命令 SOLVE求解；
[0148] (6)重復(fù)2~5步驟，直到滿足收斂條件=IxIfbU-IxI W的絕對值足夠小。
[0149] 在宏文件C中的具體實(shí)施過程，參見圖1，其中"獲取諧響應(yīng)求解參數(shù)"使用的命令 如下：
[0150] 獲取求解的下限頻率LFREQ:*GET,LFREQ,common, ,stepcm, ,real ,6
[0151] 獲取求解的上限頻率HFREQ:*GET,HFREQ,common, ,stepcm, ,real,7
[0152] 獲取求解的步數(shù)STFREQ:*GET,STFREQ,common，，stepcm,，int, 12
[0153] "定義變量并設(shè)置初值"由*DIM命令及邏輯循環(huán)完成。"設(shè)置阻尼值c(n)"采用的命 令為:R, rconnum, 0, Ceq，其中rconnum為單元實(shí)常數(shù)編號，Ceq為計(jì)算得到的等效阻尼系數(shù)。 "提取該區(qū)間內(nèi)的振幅"采用的命令為：
[0154] *GET,result,NODE,nodnum,U,X
[0155] 其中result為存儲結(jié)果的變量，nodnum為節(jié)點(diǎn)編號，X指定為X坐標(biāo)軸方向振幅(Y、 Z分別指定為y、z坐標(biāo)軸方向）。"重新計(jì)算區(qū)間的阻尼c(n)"采用的是式1)，將result換算成 相應(yīng)的速度響應(yīng)幅值代入進(jìn)行計(jì)算。"收斂"判斷為迭代循環(huán)中兩次提取的result之差的絕 對值足夠小。"N<n"判斷是否每個子區(qū)間均計(jì)算完成。"根據(jù)c(n)重新計(jì)算整個頻域內(nèi)的穩(wěn) 態(tài)響應(yīng)"即通過APDL語言設(shè)置進(jìn)行一次計(jì)算步數(shù)為STFREQ，頻率為LFREQ~HFREQ的諧響應(yīng) 分析，并在分析的過程中設(shè)置不同的等效阻尼系數(shù)Ceq。圖1所示具有兩個循環(huán)，外部循環(huán)采 用FOR語句變量n從1增加到N，內(nèi)部循環(huán)采用DO-WHILE語句，條件為相對誤差大于0.1 %。
[0156] 5)后處理過程由ANSYS原有功能實(shí)現(xiàn);如查看振型圖、幅-頻響應(yīng)曲線等，W及參數(shù) 導(dǎo)出。
[0157] 參見圖10,本發(fā)明在ANSYS中對圖2所示的梁結(jié)構(gòu)施加有顆粒阻尼并進(jìn)行諧響應(yīng)分 析，其基本過程概括如下：
[0158] (I)使用ANSYS經(jīng)典界面進(jìn)行模型建立、劃分網(wǎng)格、施加邊界條件和力激勵并進(jìn)行 相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，結(jié)果參見圖3;
[0159] (2)使用開發(fā)得到的GUI及宏文件在結(jié)構(gòu)上施加顆粒阻尼;首先，從重組后的ANSYS 界面菜單欄點(diǎn)擊"參數(shù)菜單"，進(jìn)入輸入顆粒阻尼器參數(shù)界面并輸入相應(yīng)參數(shù);然后從重組 后的ANSYS界面菜單欄點(diǎn)擊"施加菜單"，進(jìn)入設(shè)置施加顆粒阻尼器的位置及方向的界面并 進(jìn)行設(shè)置;完成后的結(jié)果，參見圖4;重復(fù)此步驟可W實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)施加多個顆粒阻尼器的目 的；
[0160] (3)從菜單欄點(diǎn)擊"求解菜單"，彈出提示詢問對話框，確認(rèn)后，開始調(diào)用宏文件C進(jìn) 行迭代求解；
[0161] (4)使用ANSre經(jīng)典界面及內(nèi)置功能進(jìn)行后處理，查看結(jié)構(gòu)上某節(jié)點(diǎn)處的相關(guān)結(jié) 果，如幅-頻響應(yīng)曲線，參見圖5、圖6。
[0162] 本發(fā)明W圖7所示等強(qiáng)度懸臂梁為具體的實(shí)施例進(jìn)行顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析， 圖7所示的梁為相對簡單的連續(xù)體，梁的主要參數(shù)為：總長L = 436mm，底端（左側(cè)）寬W = 56mm，尖端寬W = 12.6mm，厚t = 3.34mm，密度P = 7890kg/m3，楊氏模量Y = 185G化，泊松比密 度y = 〇.3;底端陰影部分為夾持固定部分，長l=46mm，固定后形成長為390mm的懸臂梁。圖2 中，"S"表示激勵點(diǎn)，"護(hù)表示施加顆粒阻尼器的位置，"爐表示測量點(diǎn)。
[0163] 如圖7所示，將等強(qiáng)度梁固定在實(shí)驗(yàn)臺上，形成長為390mm的懸臂梁2,并在相應(yīng)點(diǎn) 處施加激振器3和加速度傳感器4。激振器3與懸臂梁激勵點(diǎn)之間安裝力傳感器1，從而可W 測出激振器3施加到懸臂梁2上的激振力；加速度傳感器4安裝在懸臂梁2上需要觀測的點(diǎn)， 測量該點(diǎn)的加速度響應(yīng)。
[0164] 本發(fā)明中的實(shí)驗(yàn)使用的是德國M+P公司的M+P SO Analyzer測量分析系統(tǒng)5，M+P SO Analyzer測量分析系統(tǒng)5連接功放6,計(jì)算機(jī)7中安裝SO Analyzer測量分析軟件，而M+P 則是集信號采集、信號發(fā)生、信號轉(zhuǎn)換為一體的分析儀器。在計(jì)算機(jī)中的SO Analyzer軟件 中設(shè)置相關(guān)參數(shù)，并將參數(shù)傳送給M+P，M+P產(chǎn)生激勵信號，激勵信號通過功放進(jìn)行信號放大 后傳輸給激振器，從而對懸臂梁施加激勵。在實(shí)施激勵的同時，M+P持續(xù)采集力傳感器的力 信號和加速度傳感器的加速度信號，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳送回計(jì)算機(jī)中的SO Analyzer軟 件，SO Analyzer軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，在軟件界面輸出相應(yīng)的加速度傳函，即所測的數(shù) 據(jù)曲線。
[0165] 對圖2所示的等強(qiáng)度梁進(jìn)行加速度傳函測量，激勵點(diǎn)位置、測量點(diǎn)位置、布置顆粒 阻尼器點(diǎn)位置均按照圖2所示進(jìn)行;分別進(jìn)行不施加顆粒阻尼器(無阻尼-實(shí)驗(yàn))和施加顆粒 阻尼器(有阻尼-實(shí)驗(yàn)）的實(shí)驗(yàn)，測得的加速度傳函曲線如圖8a和8b所示，其中，8a為不施加 顆粒阻尼器測量結(jié)果，8b為施加顆粒阻尼器測量結(jié)果。
[0166] 本發(fā)明對實(shí)驗(yàn)中測量的等強(qiáng)度梁進(jìn)行仿真：
[0167] 首先，針對圖2所示的等強(qiáng)度梁，利用ANSYS經(jīng)典界面建立模型、劃分網(wǎng)格、設(shè)置參 數(shù)、施加約束和激勵，結(jié)果參見圖3;然后對其進(jìn)行求解。此時是利用ANSYS原有功能進(jìn)行，并 沒有使用本發(fā)明所述的方法，求解結(jié)果為不施加顆粒阻尼器(無阻尼-仿真）的幅-頻響應(yīng)曲 線;從結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中提取實(shí)驗(yàn)測量點(diǎn)對應(yīng)點(diǎn)的求解結(jié)果，獲得相應(yīng)的未施加顆粒阻尼的幅-頻 響應(yīng)曲線，參見圖5。
[0168] 其次，利用本發(fā)明中開發(fā)的GUI及宏文件，對上述模型施加顆粒阻尼器;輸入顆粒 阻尼器參數(shù)并設(shè)置施加顆粒阻尼器的位置;完成顆粒阻尼器的施加后，本發(fā)明中開發(fā)的宏 文件B在ANSYS建立的模型上分別創(chuàng)建MASS21單元和C0MBIN14單元，結(jié)果參見圖4;并進(jìn)行相 應(yīng)的自由度約束和初始參數(shù)設(shè)置。
[0169] 然后，通過本發(fā)明開發(fā)的GUI及宏文件C，對施加有顆粒阻尼的等強(qiáng)度懸臂梁進(jìn)行 求解。
[0170] 最后，利用ANSYS內(nèi)置的后處理功能，提取實(shí)驗(yàn)測量點(diǎn)對應(yīng)點(diǎn)的求解結(jié)果，獲得相 應(yīng)的施加顆粒阻尼的幅-頻響應(yīng)曲線，參見圖6。
[0171] 3、對比核校
[0172] 從上述實(shí)驗(yàn)和仿真所獲得的結(jié)果中，參見圖5、圖6、圖8,分別提取對應(yīng)的數(shù)據(jù)。實(shí) 驗(yàn)結(jié)果即加速度傳函，不需要處理;對于仿真結(jié)果，獲得的是位移幅值曲線，需要利用如下 式子進(jìn)行轉(zhuǎn)換：
[0173]
(20)
[0174] 其中，時|為加速度幅值，CO為激勵的頻率，IX I為位移幅值；
[01巧]從而獲得相應(yīng)的加速度幅值，然后用加速度幅值|1|除W仿真中的激勵力，則獲得 相應(yīng)的加速度傳函。
[0176] 將實(shí)驗(yàn)中所得的不施加顆粒阻尼器(無阻尼-實(shí)驗(yàn)）、施加顆粒阻尼器(有阻尼-實(shí) 驗(yàn)）的加速度傳函曲線，與將仿真結(jié)果處理后所得的不施加顆粒阻尼器(無阻尼-仿真）、施 加顆粒阻尼器(有阻尼-仿真）的加速度傳函曲線繪制在同一幅圖中，所得結(jié)果參見圖9。從 圖9中可W得出：在0~500Hz范圍內(nèi)，不施加顆粒阻尼情況下，實(shí)驗(yàn)與仿真的加速度傳函結(jié) 果一致性較好，仿真結(jié)果中的固有頻率值(2細(xì)z、124Hz、322Hz)及對應(yīng)的幅值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均 差異較小;在0~500Hz范圍內(nèi)，施加顆粒阻尼情況下，實(shí)驗(yàn)與仿真的加速度傳函結(jié)果也具有 較好的一致性，仿真結(jié)果中的固有頻率值(22Hz、1 IOHz、296Hz)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異較小，加速 度傳函幅值在前兩階固有頻率處較好，在第=階固有頻率處存在一定差距;整體而言，仿真 結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性，說明本發(fā)明也具有較好的準(zhǔn)確性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 對待分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行前處理:包括對待分析結(jié)構(gòu)建立三維模型，以及對建立的三維模 型進(jìn)行網(wǎng)格劃分、施加邊界條件和力激勵，并設(shè)置待分析結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)； 2) 在待分析結(jié)構(gòu)上施加顆粒阻尼：2.1)設(shè)定顆粒阻尼器的相關(guān)參數(shù);2.2)設(shè)定在待分 析結(jié)構(gòu)上施加顆粒阻尼器的位置坐標(biāo)和方向；2.3)對待分析結(jié)構(gòu)的三維模型施加顆粒阻 尼； 3) 對整個待分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行求解： 3.1) 計(jì)算等效阻尼系數(shù)Ce3q=O時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)X; 3.2) 提取施加有顆粒阻尼的節(jié)點(diǎn)的位移幅值IXI(k); 3.3) 根據(jù)下列公式計(jì)算迭代后的位移響應(yīng)幅值IXI(k+1)，并轉(zhuǎn)換成響應(yīng)的速度響應(yīng)幅值φ(ΙΧΙ)表示根據(jù)幅值IX I及進(jìn)行參數(shù)設(shè)定并求解獲得的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值，λ為根據(jù)結(jié)構(gòu)初 始穩(wěn)態(tài)響應(yīng)確定的松弛因子； 3.4) 根據(jù)獲得的，求解等效阻尼系數(shù)Ce3q; 3.5) 更改待分析結(jié)構(gòu)中的顆粒阻尼對應(yīng)的等效阻尼系數(shù)Ce3q,并求解； 3.6) 重復(fù)步驟3.2)~3.5)，直到滿足收斂條件：叫(15+1)-以|(1{)的絕對值足夠小，即完成 求解； 4) 對步驟3)求解的結(jié)果進(jìn)行后處理:包括參數(shù)導(dǎo)出、查看振型圖以及幅-頻響應(yīng)曲線， 即完成顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法，其特征在于，所述步驟 2.1)中設(shè)定顆粒阻尼器的相關(guān)參數(shù)的具體步驟如下： 2.1.1) 輸入顆粒阻尼器的相關(guān)參數(shù):包括腔體直徑D。、腔體高度Η。、空腔質(zhì)量Μ。和顆粒 材料密度ΡΡ、顆粒直徑d P、顆?；謴?fù)系數(shù)eP以及顆粒在腔體內(nèi)的質(zhì)量填充比α; 2.1.2) 根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算下式中的系數(shù)(31、(：2、(33、(311、(3 21、(331及顆粒阻尼器的質(zhì)量1:式中:Ce3q為等效阻尼系數(shù);丨刮為速度幅值;(^為系數(shù)； M=Mc+!7 α 式中:Μ。為空腔質(zhì)量;if為空腔所能容納的顆粒最大質(zhì)量;α為質(zhì)量填充比。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法，其特征在于，所述步驟2.1.2)腔體高度；4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法，其特征在于，所述步驟 2.3)中對待分析結(jié)構(gòu)的三維模型施加顆粒阻尼的具體步驟如下:首先指定在待分析結(jié)構(gòu)上 施加顆粒阻尼器的位置坐標(biāo)(x，y，z)及方向，然后查找待分析結(jié)構(gòu)中與指定位置最近的節(jié) 點(diǎn)N，在節(jié)點(diǎn)N處創(chuàng)建MASS21單元并將顆粒阻尼器的質(zhì)量M設(shè)置為MASS21單元的參數(shù);最后在 節(jié)點(diǎn)N附近根據(jù)設(shè)置的顆粒阻尼器方向創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)M，并在節(jié)點(diǎn)N與節(jié)點(diǎn)M之間創(chuàng)建C0MBIN14單 J L 〇5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法，其特征在于，所述步驟3) 中在求解過程中，首先提取諧響應(yīng)分析的下限頻率L F R E Q、上限頻率H F R E Q和求解步數(shù) STFREQ，然后根據(jù)上述三個參數(shù)，將需要進(jìn)行諧響應(yīng)分析的頻帶[LFREQ，HFREQ ]劃分為 STFREQ個子區(qū)間，每個子區(qū)間長度為：SUBFREQ =( HFREQ-LFREQ) /STFREQ，第η個子區(qū)間為 [LFREQ+(n-l )*SUBFREQ，LFREQ+n*SUBFREQ]，每個子區(qū)間的上限頻率作為一個計(jì)算點(diǎn)，進(jìn)行 諧響應(yīng)分析。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法，其特征在于，所述步驟3) 中的求解方式為整體迭代方式，具體包括以下步驟:①根據(jù)子區(qū)間數(shù)定義顆粒阻尼等效系 數(shù)數(shù)組C eq[STFREQ]，并賦初值;②從第1個子區(qū)間開始到最后一個子區(qū)間，依次進(jìn)行區(qū)間內(nèi) 的諧響應(yīng)分析求解;③提取穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值，計(jì)算每個子區(qū)間上的等效阻尼系數(shù)(^[n];④設(shè) 置第η個子區(qū)間分析時C0MBIN14單元的線性阻尼參數(shù)為(^[n];⑤重復(fù)步驟②~④直到滿足 收斂條件，最終求解的數(shù)據(jù)為整個頻帶內(nèi)的諧響應(yīng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法，其特征在于，所述步驟3) 中的求解方式為局部迭代方式，具體包括以下步驟:①在第η個子區(qū)間數(shù)定義顆粒阻尼等效 系數(shù)C e3q，并賦初值;②對第η個子區(qū)間進(jìn)行諧響應(yīng)分析求解;③提取穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值，計(jì)算等效 阻尼系數(shù)Ce3q;④設(shè)置C0MBIN14單元的線性阻尼參數(shù)為C e3q;⑤重復(fù)步驟②~④直到滿足收斂 條件;⑥對第η+1個子區(qū)間重復(fù)步驟①~⑤，直到最后一個子區(qū)間求解完畢，各子區(qū)間求解 結(jié)果共同組成整個頻帶內(nèi)的諧響應(yīng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種顆粒阻尼結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析方法，其特征在于，所述步驟3) 中的求解方式為局部迭代-整體求解方式，具體包括以下步驟:①根據(jù)子區(qū)間數(shù)定義顆粒阻 尼等效系數(shù)數(shù)組C eq[STFREQ]，并賦初值;②對第η個子區(qū)間進(jìn)行諧響應(yīng)分析求解;③提取穩(wěn) 態(tài)響應(yīng)幅值，計(jì)算等效阻尼系數(shù)C eq[n];④C0MBIN14單元的線性阻尼參數(shù)為Ceq[n];⑤重復(fù) 步驟②~④直到滿足收斂條件，此時(^[n]作為最終的該子區(qū)間的等效阻尼系數(shù);⑥對第η+ 1個子區(qū)間重復(fù)步驟①~⑤，直到最后一個子區(qū)間求解完畢，此時獲得各子區(qū)間上的最終收 斂時的顆粒阻尼系數(shù);⑦從第1個子區(qū)間開始到最后一個子區(qū)間，依次設(shè)置該子區(qū)間的等效
【文檔編號】G06F17/50GK106021690SQ201610322327
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】張仁亮, 吳成軍, 王東強(qiáng), 張燕彤
【申請人】西安交通大學(xué)