一种动态阻尼参数的测量方法及其测量装置与流程

1.本发明涉及汽车仿真技术领域，尤其涉及一种动态阻尼参数的测量方法及其测量装置。


背景技术：

2.在车辆的设计过程中，越来越多地采用有限元仿真对车身在各种工况下的响应进行模拟，以达到降低研发成本、缩短研发周期的目的。其中，卡扣连接是汽车中最常见的连接方式之一，普遍应用于例如车身护板和车门钣金等结构的连接。对于车身整体的仿真而言，由于卡扣几何尺寸小，限制了卡扣的网格大小，按照实际建模将极大地影响整体计算效率，因而通常需要考虑卡扣的简化。
3.常用的卡扣简化方法为通过连接单元代替卡扣。现有技术中，通常仅考虑卡扣的静态连接特性，即仅对连接单元定义静态刚度和失效参数，而忽略了卡扣的动态连接特性，这种设置仅适用于静态或准静态工况下的仿真，对于冲击等高速工况下的仿真来说难以满足仿真的精度要求。为了提高卡扣的动态仿真精度，需要将卡扣的动态连接特性引入连接单元。动态连接特性可以由动态阻尼参数进行描述，而为了获得卡扣的动态阻尼参数，往往需要采用大型动态力学性能试验设备，这种设备往往成本较高，占用面积较大，操作复杂且实验速度范围有限，难以满足卡扣的动态仿真需求。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的在于提供一种动态阻尼参数的测量方法，其操作简单且测量成本低，还能容易地获得较大的速度范围，能够满足动态仿真的需要。
5.为此，本发明采用以下技术方案：
6.一种动态阻尼参数的测量方法，用于连接结构，连接结构包括第一连接件和第二连接件，动态阻尼参数的获取方法包括：
7.步骤s1、使连接结构以第一连接件和第二连接件相连接的方式由第一位置下落，并在第二位置对第一连接件进行限位，第一连接件位于第二连接件的上方，以使第一连接件和第二连接件以分离速度v分开；
8.步骤s2、获得第一连接件和第二连接件分开时的动态分离力fd；
9.步骤s3、重复步骤s1和步骤s2并获得多个分离速度v下的动态分离力fd，基于多个分离速度v和多个动态分离力fd获得连接结构的动态阻尼参数c。
10.作为一种动态阻尼参数的测量方法的优选方案，步骤s3中基于多个分离速度v和多个动态分离力fd获得连接结构的动态阻尼参数c的步骤具体包括：
11.步骤s31、获得连接结构的静态分离力fs；
12.步骤s32、分别获得各个动态分离力fd与静态分离力fs的差值δf，并由差值δf和对应的分离速度v的比值获得动态阻尼参数测量值ci；
13.步骤s33、对多个动态阻尼参数测量值ci取平均值，以获得动态阻尼参数c。
14.作为一种动态阻尼参数的测量方法的优选方案，步骤s31中，静态分离力fs等于连接刚度k和失效位移u的乘积，失效位移u为从第一连接件刚受到限位至第一连接件与第二连接件完全分离时的分离过程中第一连接件与第二连接件的相对位移。
15.作为一种动态阻尼参数的测量方法的优选方案，分离速度v等于失效位移u和分离时间t的比值，分离时间t为分离过程的持续时间。
16.作为一种动态阻尼参数的测量方法的优选方案，步骤s3中基于多个分离速度v和多个动态分离力fd获得连接结构的动态阻尼参数c的步骤具体包括：
17.对动态分离力fd和分离速度v进行拟合，动态阻尼参数c等于动态分离力fd和分离速度v的拟合曲线的斜率。
18.作为一种动态阻尼参数的测量方法的优选方案，在步骤s1中使连接结构下落前，还包括：
19.将质量块与第二连接件相连。
20.作为一种动态阻尼参数的测量方法的优选方案，步骤s3中获得多个分离速度v下的动态分离力fd具体包括：
21.调整第一位置与第二位置之间的相对距离和/或重量块的质量，以使第一连接件和第二连接件以不同的分离速度v分开，并分别获得每个分离速度v下的动态分离力fd。
22.作为一种动态阻尼参数的测量方法的优选方案，在步骤s1中，在使连接结构下落前，还包括：
23.将检测组件的输入端与第一连接件和/或第二连接件相连。
24.本发明的有益效果：
25.本发明提出了一种动态阻尼参数的测量方法，包括：步骤s1、使连接结构以第一连接件和第二连接件相连接的方式由第一位置下落，并在第二位置对第一连接件进行限位，第一连接件位于第二连接件的上方，以使第一连接件和第二连接件以分离速度v分开；步骤s2、获得第一连接件和第二连接件分开时的动态分离力fd；步骤s3、重复步骤s1和步骤s2并获得多个分离速度v下的动态分离力fd，基于多个分离速度v和多个动态分离力fd获得连接结构的动态阻尼参数c。该动态阻尼参数的测量方法操作简单，无需采用大型动态力学性能试验设备，测量成本低，还能容易地获得较大的速度范围，能满足动态仿真的需要。
26.本发明另一个目的在于提供一种动态阻尼参数的测量装置，其结构简单、操作方便且测量成本低，还能容易地获得较大的速度范围，能够满足动态仿真的需要。
27.为此，本发明采用以下技术方案：
28.一种动态阻尼参数的测量装置，用于测量连接结构的动态阻尼参数，所述连接结构包括第一连接件和第二连接件，所述动态阻尼参数的测量装置包括：
29.机架，所述机架上设置有限位结构，所述限位结构被配置为当所述连接结构由所述限位结构的上方落下时对所述第一连接件进行限位，以使所述第一连接件和所述第二连接件相分离；
30.检测组件，所述检测组件的输入端与所述第一连接件和/或所述第二连接件相连，以测量所述第一连接件和所述第二连接件分开时的动态分离力fd。
31.作为一种动态阻尼参数的测量装置的优选方案，所述机架上设置有滑轨，所述动态阻尼参数的测量装置还包括与所述滑轨滑动配合的滑块，所述滑块与所述第一连接件固
定连接并能与所述限位结构相抵接。
32.作为一种动态阻尼参数的测量装置的优选方案，所述动态阻尼参数的测量装置还包括质量块，所述质量块与所述第二连接件相连。
33.作为一种动态阻尼参数的测量装置的优选方案，所述动态阻尼参数的测量装置还包括缓冲件，所述缓冲件位于所述限位结构的下方，以对所述第二连接件进行缓冲。
34.本发明的有益效果：
35.本发明提出了一种动态阻尼参数的测量装置，在测量连接结构的动态阻尼参数c时，使连接结构以第一连接件和第二连接件相连接的方式由限位结构的上方落下，限位结构能对第一连接件进行限位，并使第二连接件继续落下，从而使第一连接件和第二连接件以分离速度v相分离，通过检测组件获得第一连接件和第二连接件分开时的动态分离力fd，基于多个分离速度v和多个动态分离力fd获得连接结构的动态阻尼参数c。该动态阻尼参数的测量装置结构简单、操作方便且测量成本低，还能容易地获得较大的速度范围，能够满足动态仿真的需要。
附图说明
36.图1是本发明实施例提供的动态阻尼参数的测量方法的流程图。
具体实施方式
37.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
39.如图1所示，本实施例提供一种动态阻尼参数的测量方法，用于连接结构，连接结构包括第一连接件和第二连接件，该动态阻尼参数的测量方法包括：
40.步骤s1、使连接结构以第一连接件和第二连接件相连接的方式由第一位置下落，并在第二位置对第一连接件进行限位，第一连接件位于第二连接件的上方，以使第一连接件和第二连接件以分离速度v分开；
41.步骤s2、获得第一连接件和第二连接件分开时的动态分离力fd；
42.步骤s3、重复步骤和步骤s2，获得多个分离速度v下的动态分离力fd，基于多个分离速度v和多个动态分离力fd获得连接结构的动态阻尼参数c。
43.该动态阻尼参数的测量方法操作简单，对动态阻尼参数c的测量效率高且测量成本低，无需大型动态性能试验设备即可实现动态阻尼参数c的获取，此外，还能容易地获得较大的速度范围，从而满足仿真建模的需要。
44.可以理解的是，连接结构可以由第一位置自由落下，也可以在第一位置处设置弹射机构，使连接结构在弹射机构的作用下以一定的初始速度由第一位置落下，从而能够缩短第一位置和第二位置所需的间距，还能获得更大的实验速度范围。其中，弹射机构为现有技术，本实施例对此不做多余描述。
45.在本实施例中，连接结构具体指的是车身的卡扣，第一连接件和第二连接件分别
指的是钣金件和卡扣本体，钣金件上开设有卡接孔，卡扣本体能卡接于卡接孔中。当然，连接结构的种类不限于此，该动态阻尼参数的测量方法还可以用于其他种类连接结构的动态阻尼参数的测量。
46.可以理解的是，在下落时，钣金件位于卡扣本体的上方，能够方便地对钣金件进行限位，同时能够更加真实地模拟实际工况下车身的卡扣失效的情况，从而提高该动态阻尼参数的测量方法的测量精度。当然，在其他实施例中，也可以是卡扣本体位于钣金件的上方，此时在下落的过程中对卡扣本体进行限位，以使钣金件与卡扣本体相分离，可以根据实际检测需要进行设置，本实施例对此不做限制。
47.具体而言，步骤s3中基于多个分离速度v和多个动态分离力fd获得连接结构的动态阻尼参数c的步骤包括：
48.步骤s31、获得连接结构的静态分离力fs；
49.步骤s32、分别获得各个动态分离力fd与静态分离力fs的差值δf，并由差值δf和对应的分离速度v的比值获得动态阻尼参数测量值ci；
50.步骤s33、对各个动态阻尼参数测量值ci取平均值，以获得动态阻尼参数c。
51.可以理解的是，连接结构的动态分离力fd可以由静态分离力fs和表示速度影响的阻尼项之和进行描述，其中阻尼项的描述通常采用线性粘性阻尼模型，即阻尼项可以表示为动态阻尼参数c与分离速度v的乘积，由此，动态分离力fd可以表示为：
52.fd＝fs+cv
53.由此，根据当前分离速度v、相应的动态分离力fd以及静态分离力fs能够获得当前分离速度v下的动态阻尼参数测量值ci，由多个动态阻尼参数测量值ci的平均值可以确定动态阻尼参数c。由于静态分离力fs的测量技术较为成熟，静态分离力fs的测量精度高，通过引入静态分离力fs测量动态阻尼参数能够提高动态阻尼参数的测量精度。
54.需要说明的是，对于多个分离速度v及相应的动态分离力fd，可以直接计算相应的动态阻尼参数值ci，再由各个动态阻尼参数测量值ci的平均值得到动态阻尼参数c，也可以先对相同分离速度v对应的动态阻尼参数测量值ci求平均以获得当前分离速度v对应的动态阻尼参数平均值c'，再对不同分离速度v对应动态阻尼参数平均值c'求平均，以获得动态阻尼参数c，可以根据实际测量需要进行选择，本实施例对此不做限制。
55.在本实施例中，动态分离力fd指的是第一连接件和第二连接件分离过程中的分离力的最大值。此外，静态分离力fs是在静态或准静态条件下测得的第一连接件和第二连接件分离过程中的力的最大值。
56.当然，步骤s3中基于多个分离速度v和多个动态分离力fd获得连接结构的动态阻尼参数c的方式不限于此，在其他实施例中，也可以不获取连接结构的静态分离力fs，而直接对动态分离力fd和分离速度v进行拟合，动态阻尼参数c等于动态分离力fd和分离速度v的拟合曲线的斜率，可以根据实际测量和仿真需要进行选择，本实施例对此不做限制。
57.可选地，在步骤s1中，在使连接结构下落前，还包括：
58.将检测组件的输入端与第一连接件和/或第二连接件相连，以对第一连接件和第二连接件之间的作用力进行检测，从而获得动态分离力fd。
59.在一些情况下，连接刚度k为已知的连接特性，此时能够对测量进行进一步简化。具体而言，在步骤s31中，静态分离力fs等于连接刚度k和失效位移u的乘积，失效位移u为从
第一连接件刚受到限位至第一连接件与第二连接件完全分离时的分离过程中第一连接件与第二连接件的相对位移。通过连接刚度k和失效位移u的乘积表示静态分离力fs，无需再对静态分离力fs进行测量，能够提高动态阻尼参数c的测量效率，进一步简化动态阻尼参数c的测量步骤。
60.进一步地，由于第一连接件和第二连接件的分离过程中分离速度并非保持恒定，在本实施例中采用第一连接件和第二连接件在分离过程中的平均速度作为分离速度v，即分离速度v等于失效位移u和分离时间t的比值，分离时间t为分离过程的持续时间，此时动态分离力fd可以表示为：
61.fd＝ku+cu/t
62.由此，能够减少动态阻尼参数c的测量过程中所需要获得的物理量，进一步方便动态阻尼参数c的测量，还能对实验装置进行简化，从而进一步降低测量成本。
63.可以理解的是，分离时间t可以由分离过程中检测组件测得的分离力和时间的曲线获得。具体而言，分离时间t为分离力由0n开始上升至首次回到0n这一过程所对应的时间。
64.当然，分离速度v的计算方式不限于此，在其他实施例中，也可以采用速度传感器对分离过程中的分离速度v进行测量，再取平均值作为分离速度v以计算获得动态阻尼参数测量值ci，可以根据实际测量需要进行设置，本实施例对此不做限制。
65.优选地，在步骤s1中使连接结构下落前，还包括：
66.将质量块与第二连接件相连。
67.通过将质量块与第二连接件相连，在连接结构下落的过程中对第一连接件进行限位时，质量块能够对第二连接件提供竖直向下的作用力，使第二连接件能够更容易地与第一连接件相分离。
68.进一步地，步骤s3中获得多个分离速度v下的动态分离力fd具体包括：
69.调整第一位置与第二位置之间的相对距离和/或重量块的质量，以使第一连接件和第二连接件以不同的分离速度v分开，并分别获得每个分离速度v下的动态分离力fd。
70.通过调整第一位置与第二位置之间的相对距离和/或重量块的重量即可实现分离速度v的调整，调整方便，还能获得较大的速度调整范围。
71.示例性地，质量块为砝码，能够方便地对砝码的重量进行调整，以达到需要的分离速度v。
72.本实施例还提供一种动态阻尼参数的测量装置，包括机架和检测组件，机架上设置有限位结构，限位结构被配置为当连接结构由限位结构的上方落下时对第一连接件进行限位，以使第一连接件和第二连接件相分离，检测组件的输入端与第一连接件和/或第二连接件相连，以测量第一连接件和第二连接件分开时的动态分离力fd。
73.在测量连接结构的动态阻尼参数c时，使连接结构以第一连接件和第二连接件相连接的方式由限位结构的上方落下，限位结构能对第一连接件进行限位，并使第二连接件继续落下，从而使第一连接件和第二连接件以分离速度v相分离，通过检测组件获得第一连接件和第二连接件分开时的动态分离力fd，基于多个分离速度v和多个动态分离力fd获得连接结构的动态阻尼参数c。该动态阻尼参数的测量装置结构简单、操作方便且测量成本低，还能容易地获得较大的速度范围，能够满足动态仿真的需要。
74.具体而言，检测组件包括相互电连接的力传感器和数据采集器，力传感器与第一连接件和/或第二连接件相连。其中，可以是力传感器与第一连接件或第二连接件相连，也可以是采用两个力传感器，两个力传感器分别与第一连接件和第二连接件相连，采用两个力传感器检测第一连接件和第二连接件分开时的动态分离力fd，能够提高动态分离力fd的检测精度，同时通过两个力传感器获得的数据的比较分析还能及时发现力传感器的检测异常。
75.在本实施例中，连接结构的动态分离力fd的范围大约为100n-350n，分离速度v大约魏0m/s-5m/s，数据采集器的频率大约为1000hz以上。
76.可选地，机架上设置有滑轨，该动态阻尼参数的测量装置还包括与滑轨滑动配合的滑块，滑块与第一连接件固定连接并能与限位结构相抵接，以对连接结构的落下提供导向作用，保证第一连接件和第二连接件能够在限位结构处分开，从而提高动态阻尼参数c的检测效率。
77.示例性地，机架包括两个相对设置的支撑件，滑轨的数量为两个，两个滑轨分别设置在两个支撑件上；限位结构包括两个限位件，两个限位件分别设置在两个滑轨的下方，滑块与滑轨一一对应设置，每个滑块均与第一连接件固定连接且每个滑块均与对应的滑轨滑动配合，当滑块滑动至限位结构处时，每个滑块的下部均能与对应的限位件的上部相抵接，从而对第一连接件进行限位，同时第二连接件能够由两个限位件之间继续落下，从而与第一连接件相分离。
78.优选地，该动态阻尼参数的测量装置还包括质量块，质量块与第二连接件相连，以保证连接结构到达限位结构处时，第二连接件能够在质量块的作用下与第一连接件相分离，同时，通过调整质量块的重量还能对第一连接件和第二连接块之间的分离速度v进行调整。
79.示例性地，质量块为砝码，砝码通过钢丝绳与第二连接件相连。
80.可选地，该动态阻尼参数的测量装置还包括缓冲件，缓冲件位于限位结构的下方，以对第二连接件以及其他结构进行缓冲和保护。
81.示例性地，缓冲件为海绵垫。
82.在本说明书的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
83.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
84.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的
具体含义。
85.除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
86.此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。