[发明专利]一种半主动颗粒阻尼减振系统及其混合建模分析方法

摘要

本发明公开了一种半主动颗粒阻尼振动系统及其混合建模分析方法，所述系统由半主动颗粒阻尼器、振动结构、螺栓和振动响应监测控制装置组成，所述振动响应监测控制装置由加速度传感器、DSP控制器、恒流源电路和直流电源组成，所述半主动颗粒阻尼器通过所述螺栓安装在所述振动结构上，所述加速度传感器设置在所述振动结构并与所述DSP控制器相连接，所述的直流电源通过恒流源电路为所述半主动颗粒阻尼器和所述DSP控制器供电。所述方法是，在考虑半主动颗粒阻尼振动系统磁场力的同时，充分利用有限元法和离散元法的优点，发挥出有限元法计算连续结构响应的优势和离散元法计算离散元的特长，从而实现快速分析的目的。

主权项

一种半主动颗粒阻尼减振系统的混合建模分析方法，基于的系统由半主动颗粒阻尼器(1)、振动结构(2)、螺栓(3)和振动响应监测控制装置组成，所述振动响应监测控制装置由加速度传感器(4)、DSP控制器(5)、恒流源电路(6)和直流电源(7)组成，所述半主动颗粒阻尼器(1)通过所述螺栓(3)安装在所述振动结构(2)上，所述加速度传感器(4)设置在所述振动结构(2)并与所述DSP控制器(5)相连接，所述的直流电源(7)通过恒流源电路(6)为所述半主动颗粒阻尼器(1)和所述DSP控制器(5)供电；其特征在于，所述方法包括如下步骤：A、建立所述半主动颗粒阻尼器(1)的有限元模型，并根据颗粒大小、相对速度及所述半主动颗粒阻尼器(1)的孔腔尺寸，随机生成颗粒的初始位置，并设置颗粒的初始速度为零；B、利用有限元软件计算所述振动结构(2)在激振力作用下一个时步的响应，并提取所述振动结构(2)响应点的位移、速度和加速度信息，提取所述振动结构(2)上响应点的加速度用于研究所述振动结构(2)的振动特性、提取所述振动结构(2)上孔腔周围响应点的位移和速度用于计算孔腔与颗粒间的接触力；C、调用所述振动结构(2)上孔腔研究点的位移和速度，根据位移关系判断阻尼器划分网格后的各个网格内颗粒与所述振动结构(2)的孔腔壁是否接触，若接触，即根据叠合量和相对速度求出颗粒与所述振动结构(2)的孔腔壁之间的接触力，采用离散元法计算在一个时步内颗粒在接触力作用下颗粒的运动特性，求颗粒新的位移和速度，更新颗粒的位移和速度，并计算所述振动结构(2)的孔腔壁相应位置所受的接触力；D、将所述振动结构(2)的孔腔壁所受的接触力赋予有限元软件计算程序，计算所述振动结构(2)在激振力、磁场力和孔腔壁所受的接触力共同作用下一个时步内的响应，并提取响应点的位移、速度和加速度信息；E、根据计算时间判断循环是否结束，计算时间小于设定的时间程序继续计算执行步骤C、D和E，直至等于设定的时间，程序计算结束，输出所述振动结构(2)响应点的加速度，否则继续直到程序结束；其中，步骤A所述的随机生成颗粒的初始位置的方法是，以一定孔隙比为目标函数，按照颗粒大小及其分布规律在给定的空间区域生成颗粒；具体步骤是：首先采用随机数生成器在给定区域内生成颗粒，再确定颗粒大小，然后生成所述颗粒的位置，当生成的颗粒位置与已存在颗粒或边界重叠，则颗粒生成失败，否则颗粒生成成功，然后生成下一个颗粒直至生成满足所需要的颗粒数量；步骤B所述的时步是根据瑞利波的传播特性确定；步骤C所述的接触力是指所述半主动颗粒阻尼器(1)中的颗粒之间以及颗粒与孔腔壁之间的接触力，采用赫兹粘弹性模型；所述的颗粒的运动特性的计算是，采用离散元法计算所述半主动颗粒阻尼器(1)中颗粒的运动，将散体颗粒看作为有限个基本单元的组合，根据单元间力的相互作用和牛顿运动定律，采用动态松弛法进行循环迭代计算，在每一个时步都更新单元的位置，并遍及整个单元集合，通过对每个颗粒接触力及运动研究，求每个颗粒对所述振动结构(2)接触力的合力，分析所述振动结构(2)在接触力、激振力和磁场力共同作用下的运动特性；所述的划分网格的划分方法是，根据所述半主动颗粒阻尼器(1)中颗粒的大小和相对速度的大小，将所述半主动颗粒阻尼器(1)按孔轴向划分为几个柱形网格，当网格内颗粒数量大于50个时，将所述柱形网格沿径向划分为多个圆桶网格或将所述圆桶网格沿轴向划分为多个单元网格，保证每个网格中包含的颗粒数量小于50个。