[发明专利]适用于弹性连接结构的模型修正方法及装置

说明书

本发明提供一种适用于弹性连接结构的模型修正方法及装置，该方法能够建立具有线性或非线性弹性连接环节结构的动力学分析模型，其最大的优点在于能够将连接刚度显式的表达在解析方程中，当连接参数改变时可以直接开展动力学分析，不需要重新开展大规模有限元计算，从而能够快速高效的开展参数设计和动响应分析，能够以弹性连接结构的整体模态试验为基础，开展模型参数快速修正，得到与试验结果一致的动力学模型。

技术领域

本发明涉及连接结构动力学模型分析领域，更具体的，涉及一种适用于弹性连接结构的模型修正方法及装置。

背景技术

在航空航天的实际结构中常会出现具有弹性连接环节的结构，例如：在折叠舵面在折叠转轴处存在扭转刚度；舵机传动机构中存在连接刚度；设备与支架安装界面存在弹性支撑。在现有常规分析中主要采用有限元分析的方法开展动力学分析，该方法中需要建立结构的整体有限元模型，将连接环节采用弹簧单元进行模拟，然后对整体有限元模型开展相关的分析获得动力学特性。只采用有限元方法建模与分析存在以下3方面问题：

1、在研制过程中，往往需要针对弹性连接环节的参数(例如连接刚度、连接阻尼等)进行优化设计，采用传统有限元分析每次参数调整均需开展全模型的有限元计算，计算效率低，参数影响不直接，当有限元分析软件本身不具备优化功能的情况下，便无法开展自动化的优化设计，只能依靠人工开展手动计算。

2、结构的连接环节往往存在着非线性的环节，例如折叠舵面的折叠间隙、传动机构的传动间隙、设备安装支撑的非线性阻尼等，这些特征在有限元软件中一般没有对应的动力学模型，无法开展相关的分析。

3、工程研制中需要根据模态试验结果对动力学模型进行修正，根据模态频率对弹性连接刚度进行试凑，采用有限元法直接分析需要开展多次分析，计算量大和参数影响不直接等问题使工程研制效率低下。

发明内容

为了解决上述不足的至少一个，本发明一个方面实施例提供一种适用于弹性连接结构的模型修正方法，包括：

将被弹性连接结构连接的结构拆分为多个不同的子结构；

建立每个子结构的动力学模型；

根据各个子结构动力学模型中的质量矩阵和刚度矩阵，生成耦合的整体动力学模型；所述整体动力学模型包括整体质量矩阵和整体刚度矩阵；

根据所述整体刚度矩阵以及所述弹性连接结构对应的弹性连接内力表达式中的连接刚度矩阵，得到总体刚度矩阵，进而得到包括弹性连接刚度的结构动力学解析控制模型；

执行迭代操作，给定一初始连接刚度，输入至所述结构动力学解析控制模型，输出结构分析模态频率，并用修正的连接刚度替代所述初始连接刚度，直至比对所述结构分析模态频率与预设模态频率一致；其中，所述预设模态频率是针对所述弹性连接结构开展模态试验得到；

输出最终的连接刚度，并用该最终的连接刚度修正所述结构动力学解析控制模型。

在某些实施例中，所述建立每个子结构的动力学模型，包括：

将各个子结构单独划分为有限元模型，其中每个子结构的有限元模型边界条件与整体实际结构的有限元模型边界条件一致；

分析各个子结构的低阶模态，所述低阶模态包括刚体模态和弹性模态；

求解各子结构的惯附模态；

建立各个子结构间连接点的对应关系；

利用低阶模态和惯附模态计算各子结构减缩后的质量矩阵和刚度矩阵，进而得到各子结构的动力学模型。

在某些实施例中，所述根据各个子结构动力学模型中的质量矩阵和刚度矩阵，生成耦合的整体动力学模型，包括：