[发明专利]基于耦合畸变相似的锥柱组合壳体动态特性预测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于耦合畸变相似的锥柱组合壳体动态特性预测方法及系统，所述预测方法包括：采用变幂数畸变相似方法，获取锥柱组合壳体原型和完全几何相似有限元模型之间关于弯曲模态固有频率的第一缩比定律，获取完全几何相似有限元模型和畸变有限元模型之间关于弯曲模态固有频率的第二缩比定律；将第一缩比定律与第二缩比定律做乘积运算，获得锥柱组合壳体原型与畸变有限元模型之间关于弯曲模态固有频率的第三缩比定律；基于第三缩比定律，由畸变有限元模型弯曲模态固有频率预测获得锥柱组合壳体原型弯曲模态固有频率。本发明能够以较高精度实现原型动态特性的预测。

技术领域

本发明属于大型装备结构模型实验技术领域，涉及大型薄壁构件的耦合畸变模型实验，特别涉及一种基于耦合畸变相似的锥柱组合壳体动态特性预测方法及系统。

背景技术

大型装备结构的性能离不开实验验证，而全尺寸的大型装备结构的现场实验往往存在难以改动特定变量、成本花费大、周期长等技术问题；鉴于上述问题的存在，以小化的比例模型反应全尺寸模型动态性能的相似技术就得到了发展。

薄壁构件由于其优异的动态性能以及较高的强度重量比，被广泛应用于航空航天工程、海洋工业及电力输送等领域；其中，组合薄壁构件往往比单一的柱壳或者锥壳更具工程应用价值。由于薄壁构件的厚度远小于其他尺寸，导致大型薄壁构件的小化模型厚度过小，无法进行模型实验验证，工程实际更希望对薄壁构件建立壁厚不变的缩尺模型，也即畸变相似模型。

畸变相似方法被广泛地应用于壳类结构，期望通过畸变模型反应原型的动态特性；但是，目前已应用的壳类结构通常为简单的柱壳或者锥壳，更具应用价值的复杂组合壳体难以适用于现有的畸变相似方法；且已有的畸变相似方法大多通过完全相似方法去实现畸变相似的近似，显然这样的方法会带来较大的特性预测误差；另外，现有畸变相似方法处理多个畸变因素同时畸变的畸变情况时，会有较大的预测误差。

综上所述，开发能够实现复杂组合壳体多因素畸变的畸变相似方法，且以较高的精度实现原型特性的预测是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于耦合畸变相似的锥柱组合壳体动态特性预测方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的技术方案，公开了适用于复杂组合壳体的耦合畸变相似方法，能够以较高精度实现原型动态特性的预测。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种基于耦合畸变相似的锥柱组合壳体动态特性预测方法，包括以下步骤：

获取锥柱组合壳体原型的几何参数和材料参数，两个等比例畸变的几何因素和比例因子，以及一个保留的几何因素；

基于所述比例因子，构建获得所述锥柱组合壳体原型的完全几何相似有限元模型；采用变幂数畸变相似方法，获取锥柱组合壳体原型和所述完全几何相似有限元模型之间关于弯曲模态固有频率的第一缩比定律；

基于所述完全几何相似有限元模型，根据所述保留的几何因素和比例因子，构建获得畸变有限元模型；采用变幂数畸变相似方法，获取所述完全几何相似有限元模型和所述畸变有限元模型之间关于弯曲模态固有频率的第二缩比定律；

将所述第一缩比定律与所述第二缩比定律做乘积运算，获得所述锥柱组合壳体原型与所述畸变有限元模型之间关于弯曲模态固有频率的第三缩比定律；基于所述第三缩比定律，由畸变有限元模型弯曲模态固有频率预测获得锥柱组合壳体原型弯曲模态固有频率。

本发明的进一步改进在于，所述采用变幂数畸变相似方法，获取锥柱组合壳体原型和所述完全几何相似有限元模型之间关于弯曲模态固有频率的第一缩比定律的步骤包括：

将所述完全几何相似有限元模型的尺寸按照不同的预设比例进行等比例缩放，分别仿真计算获得各缩放情况下的弯曲模态固有频率；

采用式(1)确定第一缩比定律中用于拟合的离散幂指数值，