[发明专利]圆盘结构碰撞冲击下能量分布的可视化分析方法

说明书

一种圆盘结构碰撞冲击下能量分布的可视化分析方法，所述方法包括以下步骤：a.确定被碰撞圆盘结构的模型参数；b.确定圆盘结构的碰撞参数；c.建立有限元模型，进行瞬态响应分析，得到被碰撞圆盘结构的模态信息；d.提取被碰撞圆盘模型的节点信息文件和单元信息文件，生成功率流模型，计算振动功率大小；e.得到功率流矢量图和能量波云图，与应力波云图进行对比，得到圆盘结构在碰撞下的能量传递路径和能量分布变化情况。本发明利用有限元功率流方法对圆盘结构在碰撞下的能量分布和传输路径进行可视化分析，不仅能提供振动特性的全部信息，而且计算量小，计算精度高，可快速准确地获得任一时刻下圆盘结构能量传递的大小和方向。

技术领域

本发明涉及一种圆盘结构碰撞冲击下能量分布的可视化分析方法，可快速准 确地观察圆盘结构在碰撞冲击下的能量分布和传递情况，属于数据处理技术领 域。

背景技术

随着科技的日新月异，机械、航空、航天、舰船和建筑等行业的各种设备 都朝着多功能、复杂化方向发展。动力转频也由原来的低频区延伸到了高频区。 工业加工的精度要求及可靠性要求也越来越高，同时生产加工所需的功率也逐 渐增大，振动能量逐渐增强，这样就导致结构振动问题和噪声问题日益突出， 有时还会影响到人身安全及身心健康。所以结构(特别是圆盘结构)的振动及 能量分析变的越来越重要。当前的振动瞬态响应分析主要是有限元仿真分析和 解析法等。但这些分析方法都存在着振动反应不精确、计算量大等缺点。有学 者提出了一种利用位移方程组分析瞬态响应的方法，该方法的特点是把串行有 限元软件与并行计算机软件包相结合，实现并行开发。不足之处是依然采用传 统位移和应力作为判断振动强弱的条件，没有振动能量的概念。又有学者提出 了一种利用有限元软件分析方法，该方法通过分析应力和位移随时间的变化规 律，确定瞬态响应特性。该方法的缺点仍然是缺乏从能量的角度进行分析，单 纯的应力和位移并不能够提供振动特性的全部信息。另有学者提供一种解析方 法，该方法的特点是通过转子的动力学方程进行瞬态响应分析，不足之处是该 方法局限性大、计算量大不易求解。因此，如何快速准确地观察圆盘结构在碰 撞冲击下的能量分布和传递情况一直是有关学者面临的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种圆盘结构碰撞冲击下能 量分布的可视化分析方法，为快速准确地观察圆盘结构在碰撞冲击下的能量分 布和传递情况提供技术支持。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种圆盘结构碰撞冲击下能量分布的可视化分析方法，所述方法包括以下 步骤：

a.确定碰撞过程中的两个圆盘结构的模型参数，所述模型参数包括材料、 尺寸、密度、杨氏模量和泊松比；

b.确定圆盘结构的碰撞参数，所述碰撞参数包括碰撞体的初速度；

c.根据步骤a和步骤b所选的圆盘结构的模型参数和碰撞参数，建立有限 元模型，进行网格划分和瞬态响应分析，得到被碰撞圆盘结构的模态信息，所 述模态信息包括各节点的速度模态信息和各单元的应力模态信息，进而得到应 力波云图；

d.根据步骤c得到的碰撞有限元模型信息，提取被碰撞圆盘模型的节点信 息文件和单元信息文件，生成功率流计算模型，再依据步骤c中得到的模态信 息与功率流模型，计算瞬态响应分析过程中的振动功率大小；

e.根据步骤d的计算结果得到功率流矢量图和能量波云图，将二者与应力 波云图进行对比，得到圆盘结构在碰撞下的能量传递路径和能量分布变化情况。

上述圆盘结构碰撞冲击下能量分布的可视化分析方法，所述功率流计算模 型为：