手性点阵结构材料等效介质参数分析方法与流程

本发明涉及阻尼结构振动分析，特别涉及手性点阵结构材料等效介质参数分析方法。

背景技术：

1、阻尼是指摇荡系统或振动系统受到阻滞使能量随时间而耗散的物理现象。船舶或漂浮的海洋结构物在波浪中作摇荡运动时，阻尼主要是黏性阻尼、兴波阻尼等外部阻尼。对船舶或海洋结构物的结构振动而言，则除外部阻尼外，尚有各结构构件在振动时相互摩擦的阻尼和材料的内部阻尼。

2、阻尼有助于降低结构传递振动的能力。在机械系统的隔振结构设计中，合理地运用阻尼技术，可使隔振、减振的效果显著提高。有很多噪声是因金属薄板受激发振动而产生的，金属薄板本身阻尼很小，而声辐射效率很高，例如各类输气管道、机器的外罩、车船和飞机的壳体等。降低这种振动和噪声,普遍采用的方法是在金属薄板构件上喷涂或粘贴一层高内阻的黏弹性材料，如沥青、软橡胶或高分子材料。当金属薄板振动时，由于阻尼作用，一部分振动能量转变为热能，而使振动和噪声降低。

3、通过阻尼进行隔振在实际的操作中还存在以下问题：

4、1、然而传统隔振措施会导致阻尼耗散能力差，且实现对低频波的控制往往需要较大的质量，因此需要解决低频振动的关键问题在于如何实现高刚度与高阻尼特性的协调统一，需要对手性点阵结构材料等效介质参数分析。

5、2、在对手性结构模态参数进行参数提取时，往往参数体积极大，其中往往存在一定的异常数据和重复数据，在对参数进行带入分析实验时，往往会影响分析实验结果的准确性和分析效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供手性点阵结构材料等效介质参数分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：手性点阵结构材料等效介质参数分析方法，包括以下步骤：

3、建立手性结构模态，基于研究手性超材料等效介质参数计算方法的基础，建立手性结构模态，通过手性结构模态响应得到手性结构模态振型；

4、提取结构模态参数，结合试验提取手性结构模态参数；

5、模态参数校验清洗，读取结构模态参数数据并确定数据类型，匹配数据样本生成约束条件，基于约束条件进行数据校验，标记并摘取除异常数据，生成目标模态参数数据；

6、参数带入模型分析，创建手性结构模态测试参数集，基于等效介质参数与模态创建测试模型并带入手性结构模态测试参数集中的测试参数，对测试结果进行响应结果分析；

7、搭建结构数据库，构建手性点阵结构数据库，对手性点阵结构的各项数据及参数分析结果进行分类储存，并提供数据调取功能。

8、进一步的，所述建立手性结构模态的步骤包括：

9、建立目标手性结构的手性结构模态模型；

10、对手性结构模态模型进行有限元分析，得到目标阶次对应的手性结构模态模型中各节点位移数据；

11、将手性结构模态模型转换为非线性动力学模型；

12、基于所述目标阶次对应的手性结构模态模型中各节点位移，对所述非线性动力学模型进行动力学分析，得到各目标阶次对应的振动数据；

13、基于各目标阶次对应的振动数据，计算得到各目标阶次的固有频率和所述固有频率对应的手性结构模态振型。

14、进一步的，所述提取结构模态参数的步骤包括：

15、获取手性结构模态振型在多个选定时间区间内的振动信号；

16、随机在各个选定时间区间内各提取至少两个时间片段上的片段振动信号，并将所有所述片段振动信号作为结构模态数据集；

17、将所述结构模态数据集中的数据依次输入至模态网络模型中，并对所述模态网络模型中的参数进行迭代调整，得到目标结构模态网络模型；

18、通过将手性结构模态振型的片段振动信号输入所述目标结构模态网络模型，得到结构模态参数数据。

19、进一步的，所述手性结构模态参数包括调节对称性、胞元类型、肋板长度、节点角度、集中质量点分布等结构参数。

20、进一步的，所述模态参数校验清洗的步骤包括：

21、读取结构模态参数数据，确定各结构模态参数数据的数据类型；

22、根据所述结构模态参数数据的数据类型在模态参数数据库中匹配对应的结构模态参数数据样本；

23、读取结构模态参数数据样本，确定结构模态参数数据样本的数据波动范围以及数据类型，并基于结构模态参数数据样本的数据波动范围以及数据类型生成数据校验的约束条件；

24、基于约束条件对结构模态参数数据进行数据校验，并基于校验结果标记不符合所述约束条件的模态参数数据，并将不符合所述约束条件的结构模态参数数据作为边缘数据；

25、在结构模态参数数据中摘取除所述边缘数据以外的数据，作为目标模态参数数据。

26、进一步的，基于结构模态参数数据样本的数据波动范围以及数据类型生成数据校验的约束条件的步骤包括：

27、基于最大异常波动占比和数据波动范围确定出对应数据类型的异常波动阈值，计算出每种数据类型的结构模态参数数据样本中的最值和对应的次最值之间的差值，将差值不小于对应的异常波动阈值的最值从数据波动范围中剔除，获得新的数据波动范围；

28、对最新获得的数据波动范围的最值继续进行判断剔除，直至最新获得的数据波动范围的两个最值与次最值之间的差值都小于对应的异常波动阈值时，则将最新获得的数据波动范围当作对应数据类型的排异数据波动范围；

29、基于所有数据类型的排异数据波动范围和所有数据类型的结构模态参数数据之间的预设逻辑公式，确定出每个数据类型的至少一个逻辑限制数据波动范围；

30、当逻辑限制数据波动范围的个数小于个数阈值时，则将每种数据类型的所有逻辑限制数据波动范围和排异数据波动范围的交集当作对应数据类型的可允许取值范围；

31、当逻辑限制数据波动范围的个数不小于个数阈值时，则将每种数据类型的逻辑限制数据波动范围和排异数据波动范围进行汇总获得待筛数据波动范围，并基于对应数据类型的逻辑限制数据波动范围和排异数据波动范围的所有范围端点值，对待筛数据波动范围进行划分，获得多个待筛选数据波动子范围；

32、基于对应数据类型的所有逻辑限制数据波动范围和排异数据波动范围，计算出每个待筛选数据波动子范围的频繁度，将频繁度超出频繁度阈值的待筛选数据波动子范围汇总当作对应数据类型的可允许取值范围；

33、将所有数据类型的可允许取值范围当作数据校验的约束条件。

34、进一步的，所述参数带入模型分析的步骤包括：

35、创建手性结构模态测试参数集，根据阻尼材料实际应用中产生的随机性，在测试参数集内于参数区间内随机生成随机测试参数；

36、基于等效介质参数与模态创建测试模型，带入手性结构模态测试参数集中的随机测试参数，对不同结构参数对等效介质参数与手性点阵结构模态进行响应模拟；

37、对测试结果进行响应结果分析。

38、进一步的，所述结构数据库搭建的步骤包括：

39、向服务器发送数据库搭建请求，所述搭建请求中包括手性点阵结构数据存储性能需求；

40、读取手性点阵结构数据存储性能需求，所述需求包括数据节点的数量、控制节点的计算资源量和存储资源量、每个数据节点的计算资源量和存储资源量；

41、依据手性点阵结构数据存储性能需求匹配的一个或多个目标服务器，并基于所述目标服务器创建数据库节点；

42、基于目标服务器及数据库节点配置数据库组件，形成结构数据库。

43、进一步的，依据手性点阵结构数据存储性能需求匹配的一个或多个目标服务器，并基于所述目标服务器创建数据库节点的步骤包括：

44、当服务器列表中只包含一个同时满足手性点阵结构数据存储性能需求中所有需求项的待匹配服务器时，则将待匹配服务器当作目标服务器；

45、当服务器列表中包含多个同时满足手性点阵结构数据存储性能需求中所有需求项的待匹配服务器时，则基于手性点阵结构数据存储性能需求中每个需求项的需求参数和待匹配服务器的对应项性能参数以及每个需求项的匹配权重，计算出手性点阵结构数据存储性能需求和待匹配服务器的匹配度：

46、

47、式中，p为手性点阵结构数据存储性能需求和待匹配服务器的匹配度，n为手性点阵结构数据存储性能需求中包含的需求项总数，θdei为手性点阵结构数据存储性能需求中的第i个需求项的匹配权重，xdei为手性点阵结构数据存储性能需求中的第i个需求项的需求参数，xpei为待匹配服务器的与手性点阵结构数据存储性能需求中的第i个需求项对应的性能参数，xobi为与手性点阵结构数据存储性能需求中的第i个需求项对应的性能参数的最佳预留值；

48、基于匹配度在所有待匹配服务器中筛选出目标服务器；

49、当服务器列表中不包含同时满足手性点阵结构数据存储性能需求中所有需求项的待匹配服务器时，则基于手性点阵结构数据存储性能需求中每个需求项的需求参数和待匹配服务器的对应项性能参数，计算出手性点阵结构数据存储性能需求中每个需求项与服务器列表中每个服务器的子匹配度：

50、

51、式中，pz为手性点阵结构数据存储性能需求中当前计算的需求项与服务器列表中当前计算的服务器的子匹配度，θde为当前计算的需求项的匹配权重，xde为当前计算的需求项的需求参数，xpe为服务器的与当前计算的需求项对应的性能参数，xob为与当前计算的需求项对应的性能参数的最佳预留值；

52、基于需求项的匹配权重和匹配度阈值，计算出对应需求项的子匹配度筛选阈值；

53、将服务器列表中对应需求项的子匹配度不小于对应子匹配度筛选阈值的服务器，当作对应需求项的待选服务器，并基于子匹配度将所有待选服务器进行排序，生成对应需求项的待选服务器列表；

54、将所有需求项的待选服务器进行任意组合，获得至少包含两个待选服务器的待选服务器组合；

55、确定出待选服务器组合中的所有总性能参数，筛选出总性能参数满足手性点阵结构数据存储性能需求中所有需求项的待选服务器组合，并基于待选服务器组合中每个待选服务器在所有需求项的待选服务器列表中的排序序数，计算出对应待选服务器组合的匹配评价值：

56、

57、式中，pappraisal为待选服务器组合的匹配评价值，m为待选服务器组合中包含的服务器总数，ordij为待选服务器组合中的第j个待选服务器在第i个需求项的待选服务器列表中的排序序数，ordmax·i为第i个需求项的待选服务器列表中的最大排序序数；

58、将最大匹配评价值对应的待选服务器组合中的所有待选服务器当作目标服务器。

59、进一步的，所述结构数据库中的数据根据数据内容及分类属性进行标签分类储存，映射到一个固定维度的向量空间中，通过高效的向量计算，完成大量数据的准确、快速分类及标签化储存，依托标签快速定位数据位置，降低系统检索时间。

60、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

61、1.本发明通过对手性点阵结构材料等效介质参数进行分析，帮助对手性点阵结构材料进行性能参数测试调整，实现高刚度与高阻尼特性的协调统一，从而解决低频振动的问题，继而对结构中弹性波的传播特性和调控规律进行进一步的研究把控。并且对手性点阵结构材料等效介质参数进行分析，可以协助提高对特殊的类原子微结构单元设计，可实现常规材料所不具备的超力学特性，能以较小的尺寸实现对低频弹性波的有效控制与隔离。

62、2.本发明读取结构模态参数数据并确定数据类型，匹配数据样本生成约束条件，基于约束条件进行数据校验，标记并摘取除异常数据，生成目标模态参数数据，在对参数进行随机带入模拟分析前，包括调节对称性、胞元类型、肋板长度、节点角度、集中质量点分布等结构参数在内的参数数据体积较为庞大，通过模态参数校验清洗可以对庞大参数群里中的数据进行校验清洗，从而对一些异常数据及重复数据进行剔除，从而可以在保证参数数据保持一定体量的前提下对数据的准确性进行把控，从而保证后续在对数据进行带入分析处理操作时得出的响应结果更加的准确可靠，提高分析结果的可靠性，同时避免对异常数据进行带入分析操作，提高了分析效率。