双层圆柱壳振动响应模拟方法及装置

本发明涉及机械工程领域，尤其涉及一种双层圆柱壳振动响应模拟方法及装置。

背景技术：

1、在设计复杂的工程结构或装置时，为了测试其振动响应、稳定性和可靠性，通常需要进行试验研究。然而，进行试验通常需要大量的时间、费用和资源。

2、圆柱壳缩比模型是一种将大型圆柱壳缩小到试验可行尺寸的方法，以研究圆柱壳的结构力学及材料力学等方面的特性。圆柱壳缩比模型的制作通常采用等比缩放或几何相似原理，将大型圆柱壳模型缩小到试验可行尺寸，并通过试验验证其强度和稳定性、疲劳寿命、加工工艺及流体动力学应等特性。

3、然而，目前的圆柱壳缩比模型只是简单地制作比例缩小模型来对圆柱壳模型进行简化。对于这样的缩比模型，由于物理特征无法直接按大小缩放的比例进行转换，导致大型复杂双层圆柱壳的实际系统与简化模型试验之间存在尺寸效应和比例效应的差异，从而缩比模型与真实实验之间存在较大的误差，实验结果准确性和可靠性往往存在不足。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种双层圆柱壳振动响应模拟方法及装置。

2、本发明提供一种双层圆柱壳振动响应模拟方法，包括：确定双层圆柱壳振动位移响应模型的函数关系，所述函数关系中自变量为振动位移响应控制参数；根据量纲分析，将所述函数关系式中参数进行变换，以得到应变量为振动位移响应与壳体长度之比，且自变量无量纲的缩比关系式；根据所述缩比关系式，基于相似律得到双层圆柱壳的每一控制参数与缩比模型对应控制参数的转换关系；根据双层圆柱壳的实际控制参数和所述转换关系，得到缩比模型的控制参数用于振动响应模拟，并基于所述转换关系，根据所述缩比模型模拟的振动位移响应，得到双层圆柱壳的振动位移响应。

3、根据本发明提供的一种双层圆柱壳振动响应模拟方法，所述根据量纲分析，将所述函数关系式中参数进行变换，以得到应变量为振动位移响应与壳体长度之比，且自变量无量纲的缩比关系式，包括：

4、将所述函数关系中应变量由振动位移响应转换为振动位移响应与壳体长度之比；以壳体密度、壳体杨氏模量和壳体长度作为基本量，确定所述函数关系中的每个自变量以壳体密度、壳体杨氏模量和壳体长度表示的比例系数，并将新的自变量表示为原有自变量和对应比例系数的乘积，得到所述缩比关系式。

5、根据本发明提供的一种双层圆柱壳振动响应模拟方法，根据所述缩比关系式，基于相似律得到双层圆柱壳的每一控制参数与缩比模型对应控制参数的转换关系，包括：基于相似律，将所述缩比关系式关于双层圆柱壳的变量和关于缩比模型的变量分别对应相等，得到双层圆柱壳的每一控制参数与缩比模型对应控制参数的转换关系，其中，所述变量包括自变量和应变量。

6、根据本发明提供的一种双层圆柱壳振动响应模拟方法，所述控制参数包括：惯性矩、固有频率、激振力、壳体长度、外径、外壳厚度、内壳厚度、外壳密度、内壳密度、外壳杨氏模量、内壳杨氏模量、外壳泊松比、内壳泊松比、环肋横截面积、外壳模态损耗因子和内壳模态损耗因子。

7、根据本发明提供的一种双层圆柱壳振动响应模拟方法，所述基于所述转换关系，根据所述缩比模型模拟的振动位移响应，得到双层圆柱壳的振动位移响应，包括：得到所述缩比模型模拟的内壳的振动位移响应后，基于所述转换关系，得到双层圆柱壳的内壳振动位移响应；根据内外壳相似性原理，根据双层圆柱壳的内壳振动位移响应，得到双层圆柱壳的外壳振动位移响应。

8、本发明还提供一种双层圆柱壳振动响应模拟装置，包括：输入模块，用于确定双层圆柱壳振动位移响应模型的函数关系，所述函数关系中自变量为振动位移响应控制参数；处理模块，用于根据量纲分析，将所述函数关系式中参数进行变换，以得到应变量为振动位移响应与壳体长度之比，且自变量无量纲的缩比关系式；转换模块，用于根据所述缩比关系式，基于相似律得到双层圆柱壳的每一控制参数与缩比模型对应控制参数的转换关系；输出模块，用于根据双层圆柱壳的实际控制参数和所述转换关系，得到缩比模型的控制参数用于振动响应模拟，并基于所述转换关系，根据所述缩比模型模拟的振动位移响应，得到双层圆柱壳的振动位移响应。

9、根据本发明提供的一种双层圆柱壳振动响应模拟装置，所述处理模块，具体用于：将所述函数关系中应变量由振动位移响应转换为振动位移响应与壳体长度之比；以壳体密度、壳体杨氏模量和壳体长度作为基本量，确定所述函数关系中的每个自变量以壳体密度、壳体杨氏模量和壳体长度表示的比例系数，并将新的自变量表示为原有自变量和对应比例系数的乘积，得到所述缩比关系式。

10、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述双层圆柱壳振动响应模拟方法。

11、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述双层圆柱壳振动响应模拟方法。

12、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述双层圆柱壳振动响应模拟方法。

13、本发明提供的双层圆柱壳振动响应模拟方法及装置，实现了对大型复杂双层圆柱壳结构的简化，通过使用量纲分析，确定关键控制变量和参数，从而实现了准确反映振动位移响应的合缩放尺度的确定，该方法避免了因数量级差异而导致的数值精度问题。在此基础上，利用缩比原理和相似性原理能够更好地反映实际双层圆柱壳的振动响应，大幅减小了传统缩比模型试验中存在的误差，从而提高了试验结果的精度和准确性。

技术特征：

1.一种双层圆柱壳振动响应模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双层圆柱壳振动响应模拟方法，其特征在于，所述根据量纲分析，将所述函数关系式中参数进行变换，以得到应变量为振动位移响应与壳体长度之比，且自变量无量纲的缩比关系式，包括：

3.根据权利要求1所述的双层圆柱壳振动响应模拟方法，其特征在于，根据所述缩比关系式，基于相似律得到双层圆柱壳的每一控制参数与缩比模型对应控制参数的转换关系，包括：

4.根据权利要求1所述的双层圆柱壳振动响应模拟方法，其特征在于，所述控制参数包括：

5.根据权利要求1所述的双层圆柱壳振动响应模拟方法，其特征在于，所述基于所述转换关系，根据所述缩比模型模拟的振动位移响应，得到双层圆柱壳的振动位移响应，包括：

6.一种双层圆柱壳振动响应模拟装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的双层圆柱壳振动响应模拟装置，其特征在于，所述处理模块，具体用于：

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述双层圆柱壳振动响应模拟方法。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述双层圆柱壳振动响应模拟方法。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述双层圆柱壳振动响应模拟方法。

技术总结
本发明提供一种双层圆柱壳振动响应模拟方法及装置，属于机械工程领域，该方法包括：确定双层圆柱壳振动位移响应模型的函数关系；根据量纲分析，将参数进行变换以得到应变量为振动位移响应与壳体长度之比，且自变量无量纲的缩比关系式；根据缩比关系式，基于相似律得到双层圆柱壳的每一控制参数与缩比模型对应控制参数的转换关系；根据双层圆柱壳的实际控制参数和转换关系，得到缩比模型的控制参数用于振动响应模拟，并基于转换关系根据缩比模型模拟的振动位移响应，得到双层圆柱壳的振动位移响应。该方法确定了准确反映振动响应的适合缩放尺度，避免了数量级差异导致的数值精度问题，减小了传统模型试验存在的误差，提高了试验结果精度和准确性。

技术研发人员：李彬,王宁,邝文健,吴奥林,冯绍鹏,胡志刚,付丹丹,祝雪丰
受保护的技术使用者：武汉轻工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14