[发明专利]基于脉冲响应函数的弹性连接子结构综合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹性连接子结构综合方法和算法，特别涉及一种基于脉冲响应函数的弹性连接子结构综合和算法，属于结构动力学技术领域。

背景技术

随着航天技术的发展和对工程结构动态设计要求的提高，航天器结构系统变得日益复杂和庞大。在动态分析和优化设计过程中，由于模型自由度较多，不得不耗费大量的时间进行计算。另一方面，许多航天器在研制过程中往往需要不同地域甚至不同国家之间的合作，考虑到技术保护问题，合作双方无法直接共享有限元模型。动态子结构方法就是为解决上述问题而发展起来的一种较为理想的方法。

自从1960年Hurty首次实现动态子结构(Dynamic Substituting，DS)技术以来，经过半个世纪的发展动态子结构技术已经广泛应用于工程领域，先后形成了三类方法：模态综合(Component Mode Synthesis，CMS)法、频域子结构(Frequency Based Substructuring，FBS)方法和基于脉冲的子结构(Impulse Based Substituting，IBS)即经典时域子结构方法。前两种方法中，子结构的动力学特性分别由模态和频率响应函数描述。IBS方法是Rixen于2010年提出的新型时域子结构方法，子结构的动力学特性由脉冲响应函数描述。IBS相对于其它两种方法更适于瞬态冲击动力学问题，目前已在海上风力发电机的振动分析和月球探测器的软着陆动响应计算中得到了应用。

然而，Rixen的IBS方法中假设子结构之间的连接是刚性的，即两个子结构的连接自由度的位移始终是相等的。这是一种理想条件下的假设，因为实际的连接件都是包含弹性的。一个高精度的结构动力学分析过程不仅需要建立准确的子结构模型，也要如实地反映子结构间的连接。如果刚性连接不能充分描述真实的连接，那么仿真计算得到的动响应结果必然与试验结果相差甚远。因此如何在经典的IBS方法中考虑连接件的弹性特性成为IBS技术的发展进程中必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决传统IBS方法不能真实反应子结构连接件的弹性特性从而导致整个系统的动力学响应分析失真的问题，提出一种时域子结构综合过程中对弹性连接的描述方法，该方法拓展了IBS方法的适用范围。

本发明方法的基本思路为：首先获得各个子结构的脉冲响应函数矩阵；然后根据子结构间的连接关系建立子结构界面的相容条件(包括界面位移相容条件和界面力相容条件)以及连接件的运动方程；接下来利用界面力相容条件和脉冲响应函数矩阵建立子结构的运动方程；最后利用位移相容条件和连接件的运动方程将所有子结构的运动方程综合起来，解得各个子结构的响应。

本发明的技术方案如下：

一种基于脉冲响应函数的弹性连接子结构综合方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：通过数值积分方法Newmark法或者试验方法获得每个子结构的脉冲响应函数矩阵H^(s)(t)，其中s表示子结构的序号，H^(s)(t)矩阵的元素表示系统第s个子结构的第j个自由度在脉冲激励下第i个自由度的位移响应；

步骤2：弹性连接件的动力学描述，包括以下步骤：

步骤2.1：系统位移向量的分块：

系统的位移向量用全体子结构的位移向量表示为：