[发明专利]一种机械结构在基础激励下的响应特性分析方法

说明书

本发明属于旋转梁动力特性研究技术领域，尤其涉及一种机械结构在基础激励下的响应特性分析方法。该方法包括以下步骤：将机械结构的动力学分析退化成对受到基础激励的旋转悬臂梁模型的动态特性的分析；通过汉密尔顿原理和有限元方法将基础激励下旋转悬臂梁模型离散成一系列的铁木辛柯梁段；通过固有频率和基础激励响应的比较证明旋转悬臂梁模型的正确性。该方法采用了较为简化的数学模型，并且此分析方法具有较高的精确性。

技术领域

本发明属于旋转梁动力特性研究技术领域，尤其涉及一种机械结构在基 础激励下的响应特性分析方法。

背景技术

很多学者对旋转梁的动力特性进行了大量的研究，通过对此研究能 够对机械设计过程的中选材、结构的设置具有指导意义，但就我们所知， 目前的研究大多局限于模态特性的分析，而对扭转振动的振动响应，特 别是在外力作用下的扭转振动的振动响应研究较少。另外，采用有限元 方法并考虑旋转效应(科氏力效应，刚化效应，软化效应和角加速度效应) 时，很少有人考虑梁的弯-摆-轴-扭耦合影响，特别是在模拟梁的扭转振 动时计算精度较差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现存的动力特征分析精确性差的技术问题，本发明提供一种机 械结构在基础激励下的响应特性分析方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种机械结构在基础激励下的响应特性分析方法，其包括以下步 骤：

将机械结构的动力学分析退化成对受到基础激励的旋转悬臂梁模型 的动态特性的分析；

通过汉密尔顿原理和有限元方法将基础激励下旋转悬臂梁模型离散 成一系列的铁木辛柯梁段；

通过固有频率和基础激励响应的比较证明旋转悬臂梁模型的正确 性。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明提供的一种机械结构在基础激励下的 响应特性分析方法，采用了较为简化的数学模型，并且此分析方法具有 较高的精确性。

附图说明

图1为旋转双锥度悬臂预扭梁的有限元离散：其中，图1(a)某航空 发动机一级风扇叶片，图1(b)梁的离散模型，图1(c)欧拉角的三个坐 标系图；

图2为γ(L)对扭转刚度和固有频率的影响：图2(a)对扭转刚度的影 响，图2(b)对固有频率的影响；

图3为旋转双锥度悬臂预扭梁有限元模型；

图4为宽度锥度τ_b值对固有频率的影响；

图5为在γ(L)＝45°，β₀＝0°，τ_b＝0.3和n＝10000r/min时的振动响应： (a)X向，(b)Y向，(c)Z向，(d)θ向；

图6为安装角对一阶动频的影响：(a)Y_I，(b)Z_I，(c)θ_I；

图7为预扭角对一阶动频的影响：(a)Y_I，(b)Z_I，(c)θ_I；

图8为幅频响应曲线：(a)X，(b)Y，(c)Z，(d)θ；

图9为一阶弯曲动频曲线；

图10为不同安装角和转速下的常值分量：(a)X方向，(b)θ方向；