[发明专利]基于振动电机激励的加速度传递率的结构有限元建模方法

说明书

本发明公开一种基于振动电机激励的加速度传递率的结构有限元建模方法，包括以下步骤：建立桥式起重机结构的初始动力学有限元模型；设计桥式起重机结构扫频激励测试方案，然后对测试数据进行分析；根据建立的初始动力学有限元模型对其进行瞬态响应动力学分析，计算起重机有限元模型上和步骤二相同4个位置点的振动加速度时域信号；计算步骤二试验中主梁上均布的加速度测点和振动电机安装处的加速度测点之间的传递率，并计算步骤三有限元模型中相同位置的加速度传递率：对初始动力学有限元模型进行参数修正。本申请采用遗传算法对有限元模型进行优化，对有限元模型进行参数校准，使其动力响应与实际结构趋于一致。

技术领域

本发明属于系统参数识别领域，特别是一种基于振动电机激励的加速度传递率的结构有限元建模方法。

背景技术

近年来，随着计算机模拟技术的蓬勃发展，基于此对工程结构进行建模和仿真分析逐渐成为结构设计或技术改进的新方向。有限元建模以及仿真分析的优点是可以在结构更新设计阶段了解结构的特性，同时可以为相关的试验提供合理的指导；尤其是计算结果与试验测试误差较小的模型仿真，使得有限元建模和仿真分析在众多工程领域已得到广泛的应用。

如在起重机领域，由于有限元模型和真实结构之间存在误差，在实际应用前常常要对有限元模型进行参数校准，使模型与实际结构在静、动力响应上尽可能一致。围绕起重机展开的基于有限元的分析工作，如模态计算、模型修正、动响应计算等学术研究成果常有报道。此外，将起重机作为研究对象，建立其有限元模型，通过查询相关文献、经验公式或者荷载试验得到起重机的模态参数，再研究其力学特性也常有报道。现有报道中，对于有限元模型参数校准方法，首先要建立目标函数，并用一个已知激励源激励系统，再求物理系统响应的解析解和试验数据之间的差异，然后再通过某种优化算法最小化上述差异。试验中，通常用力锤或者电磁激振器作为激励源，激励力较小，导致测试响应信号信噪比较低。响应特征通常为信号转换后的特征值，如模态频率等，丢失了部分信号特征。亟需一种大激励力，信号高保真的模型参数校准方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，公开了一种基于振动电机激励的加速度传递率的结构有限元建模方法，对起重机结构使用振动电机激励，计算其关键点的加速度传递率，并将试验传递率和仿真传递率之间的误差二范数作为目标函数，采用遗传算法进行优化，对有限元模型进行参数校准，使其动力响应与实际结构趋于一致。

本发明公开了一种基于振动电机激励的加速度传递率的结构有限元建模方法，其具体步骤如下：

1)建立桥式起重机有限元模型：基于有限元前处理软件，建立桥式起重机结构的精细有限元模型，其中主梁结构采用实体单元，并为其赋予材料属性，螺栓连接部分采用REB2单元模拟，在桥式起重机与导轨连接处施加竖向平动和三个转动方向的约束；

2)桥式起重机的瞬态响应试验：设计桥式起重机结构瞬态响应测试方案，测试方案中包括在起重机主梁上布置3个测点位置，振动电机安装处布置1个测点位置、传感器类型为加速度传感器、测试方向为垂向响应方向、设定测试频段为预估的模态频率2倍、信号采样分辨率为所要采集模态频段上限的 2.56倍；选择可控调速电机作为激励源，在电机转速范围内，至少可以覆盖起重机2个以上的垂向振动模态；电机安装位置不可选模态节线位置；振动电机和起重机之间的连接支架上串联安装有测力传感器用于采集动态激励力信号；人工或者采用软件控制调节振动电机调速器，使得电机从低速到高速均匀加速，同时采集力传感器和加速度传感器信号，然后对测试数据进行分析；

3)分析桥式起重机有限元模型：根据步骤1)中建立的有限元模型，对其进行瞬态响应分析，在桥式起重机三分之一处施加步骤2)中采集到的动态激励力，计算起重机有限元上和试验点相同位置点的振动加速度时域信号；