[发明专利]一种复杂装配体的振动分析仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于有限元振动仿真领域，具体涉及一种复杂装配体的振动分析仿真方法。

背景技术

机械产品如汽车、飞机、航天器等通常需要工作在振动环境中，而长时间的振动会带来系统疲劳失效、接触松动等问题，这些工业产品通常是一个复杂的装配体，包含大量的零部件和子结构，各个零部件之间紧密耦合，单个零部件的失效通常会影响到整个系统。因此在产品设计初期，除了考虑产品功能还需要考虑产品的振动可靠性问题。为了保证产品的性能满足要求，工程师通常会根据经验在安全范围内预留出很多余量以提高结构的刚度，减小系统振动，提高系统可靠性。但是由于装配体较复杂，过多的余量只会造成系统的不稳定。为了在产品设计初期合理的确定各个参数，发现设计中的问题，减少设计变更，从而在保证系统稳定可靠的同时使成本最小化并减少设计时间，在复杂装配体的设计过程中采用有限元进行振动分析仿真显的尤为重要。

目前针对装配体的振动分析有限元仿真，大部分是先建立好整体有限元模型并计算，然后根据装配体的振动试验数据进行模型修正，由于装配体中零部件很多，各组件及结构力学性能各不相同，结构比较复杂，往往大型复杂装配体整机仿真模型中包含几万甚至几十万自由度，直接用试验数据对整机模型进行修改和验证需要耗费大量的时间和精力，且整机模型参数众多难以调节，导致仿真结果与试验数据相差较大，仿真模型的可信度较低。另一种方法是先对零部件模型进行仿真计算并通过试验进行修正，然后将零部件模型中的材料参数、接触条件和计算条件设置移植到装配体有限元模型中，但是这会带来大量的重复性工作并且由于接触条件设置复杂，移植后的有限元模型计算结果可能会有所不同，降低了工作效率和模型的可信度。因而建立一种自下而上式的，适合多工作人员协同工作以缩短设计时间的仿真方法有着非常重大的意义。

发明内容

为了克服现有的对复杂装配体只能通过整机建模、整机试验以修正模型的方法可信度低、验证复杂、耗时大等问题，本发明提供一种复杂装配体的振动分析仿真方法。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种复杂装配体的振动分析仿真方法，包含如下步骤：

步骤S1：将复杂装配体划分为功能单一、相对独立的若干个简单零部件，并分别建立单个零部件的结构仿真模型；

步骤S2：分别对上述单个零部件进行自由态模态试验，获得其固有频率和振型；

步骤S3：根据测得的固有频率及振型结果对零部件仿真模型进行模型修正；

步骤S4：选择直接计算或者缩减计算：如果是直接计算，则将经过模型修正、结果满足要求的零部件仿真模型直接在程序中组合起来形成装配体仿真模型；如果是缩减计算，则将修正后的零部件仿真模型利用固定界面子结构模态综合法生成子结构，然后将各子结构组装成整机模型，组装完成后对模型计算；

步骤S5：确定多种工况下装配体试验方案，所述多种工况是指在自由状态或约束状态、加载或空载情况下装配体的模态和响应；

步骤S6：根据测得的固有频率、振型和响应结果对装配体仿真模型进行修正，最终得到较为精确的计算模型。

上述技术方案中，所述若干个简单零部件分别进行仿真、试验及模型修正的过程相对独立，加速设计过程。

上述技术方案中，步骤S3中对零部件的模型修正通过调节材料参数和零部件内部的接触条件进行。

上述技术方案中，步骤S4中直缩减计算是在直接计算基础上，利用固定界面子结构模态综合法对单个零部件生成子结构，在程序中采用输入命令流的方式进行生成子结构的过程。

上述技术方案中，步骤S5中确定多种工况下装配体试验方案种，首先进行装配体的自由态模态试验，然后进行装配体的约束态模态试验，最后进行装配体的约束态响应试验。

上述技术方案中，步骤S6中，应该首先根据自由态模态结果进行模型修正，调节参数为各个零部件之间的接触条件，结果达到要求之后，再根据约束态模态结果进行模型修正，调节整机装配体与外界的约束条件，确保了模态结果正确性之后，再根据约束态响应结果进行模型修正，调节系统的阻尼参数。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)采用了分步调节的方法，将装配体拆分成若干零部件，首先通过零部件的自由模态试验数据确定子模型的正确性，然后进行组装，再根据装配体的模态和响应数据进行调节，确保了复杂装配体模型的可信度。