一种基于模态匹配的流致振动抑制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115952601A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202310009283.5(22)申请日2023.01.04(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人赵小见邵晓(74)专利代理机构北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙)11639专利代理师邬晓楠(51)Int.Cl.G06F30/15(2020.01)G06F30/23(2020.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种基于模态匹配的流致振动抑制方法(57)摘要本发明公开的一种基于模态匹配的流致振动抑制方法，属于结构动力学领域。本发明实现方法为：针对需要抑制振动的结构进行固有频率分析并得到其各阶固有频率，选定需要进行振动抑制的模态，并根据该模态在动载荷作用下的结构动响应特性构建基于动载荷模态与结构振动模态之间的匹配条件；根据构建的匹配条件优化需要抑制振动的结构，调节需要抑制振动的结构的固有频率，使结构优化后的固有频率满足所述模态匹配条件，利用动载荷的空间相关性以及动载荷模态与结构振动模态的耦合作用实现结构振动抑制，进而在动载荷作用下实现基于模态匹配的结构流致振动抑制。所述结构流致振动抑制领域包括飞行器结构流致振动抑制和舰艇结构流致振动抑制。CN115952601ACN115952601A权利要求书1/2页1.一种基于模态匹配的流致振动抑制方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：对需要抑制振动的结构进行固有频率分析并得到其各阶固有频率，选定需要抑制振动的模态；根据结构共振模态波长λs以及动载荷波长λf与结构流向长度a的关系定义结构模态特征数Ns以及载荷模态特征数Nf，并通过固有频率分析得到结构需要抑制振动模态的固有频率f；步骤二：由于流致动载荷具有空间模态特性，动载荷模态与结构振动模态之间的耦合作用会导致结构动响应出现周期性波动；根据步骤一选定的需要抑制振动的模态在动载荷作用下的结构动响应特性，构建基于动载荷模态与结构振动模态之间的模态匹配条件；所述模态匹配条件通过确定达到模态匹配时的动载荷模态特征数Nf和结构模态特征数Ns之间的匹配关系得到，根据匹配关系得到满足模态匹配条件时的结构理想固有频率f′，使结构动响应位于动响应周期性波动中的波谷；步骤三：根据步骤二构建的模态匹配条件中所需要的结构理想固有频率f′对需要抑制振动的结构进行结构优化，使结构的固有频率f达到满足模态匹配条件时的理想固有频率f′，利用动载荷的空间相关性以及动载荷模态与结构振动模态的耦合作用实现结构振动抑制，进而在动载荷作用下实现基于模态匹配的流致振动抑制。2.如权利要求1所述的一种基于模态匹配的流致振动抑制方法，其特征在于：所述结构模态特征数Ns的表达式如公式(1)所示其中，Ns为结构模态特征数，a为结构流向长度，λs为结构共振模态波长；所述载荷模态特征数Nf的表达式如公式(2)所示其中，Nf为载荷模态特征数，λf为动载荷波长。3.如权利要求2所述的一种基于模态匹配的流致振动抑制方法，其特征在于：步骤二实现方法为，根据步骤一选定的需要抑制振动的模态在动载荷作用下的结构动响应特性，构建基于动载荷模态与结构振动模态之间的模态匹配条件；所述模态匹配条件为当结构模态特征数Ns为0.5奇数倍时，结构动响应会在载荷模态特征数Nf为0.5奇数倍且载荷模态特征数Nf不等于结构模态特征数Ns时处于动响应周期性波动中的波谷；当结构模态特征数Ns为0.5偶数倍时，结构动响应会在载荷模态特征数Nf为0.5偶数倍且载荷模态特征数Nf不等于结构模态特征数Ns时处于动响应周期性波动中的波谷；根据动载荷模态特征数Nf和结构的流向长度a计算动载荷波长λf，所述动载荷波长λf由公式(2)得到，而当达到模态匹配条件时，动载荷波长λf、对流速度Uc与结构理想固有频率f′之间的关系满足公式(3)其中，f′为结构理想固有频率，Uc为对流速度，所述对流速度Uc由自由流速度U∞求得，两者之间的关系如公式(4)所示；2CN115952601A权利要求书2/2页Uc＝0.65U∞(4)其中，Uc为对流速度，U∞为自由流速度；根据动载荷波长λf与对流速度Uc以及频率的关系得到满足模态匹配条件时的结构理想固有频率f′，即根据匹配关系(3)得到满足模态匹配条件时的结构理想固有频率f′，使结构动响应位于动响应周期性波动中的波谷。4.如权利要求3所述的一种基于模态匹配的流致振动抑制方法，其特征在于：所述结构优化包括加筋或者挖槽，所述结构优化参数包括加筋或者挖槽的位置、筋条或槽沟的宽高比以及筋条或槽沟的质量比。5.如权利要求4所述的一种基于模态匹配的流致振动抑制方法，其特征在于：所述结构优化根据结构固有频率f与达到模态匹配