一种离心力场中二维振动系统的动力学分析方法及系统

本发明属于多体动力学，具体涉及一种离心力场中二维振动系统的动力学分析方法及系统。

背景技术：

1、航天器的工作环境受着高加速度、振动、温度、气压、噪声等多重因素复合的影响，其中高加速度与振动复合是两个最基本的因素。因此，在实验室内进行振动离心复合力学环境模拟试验具有非常重要的战略意义。

2、当前，地面试验中的过载-振动环境复合模拟主要是通过将振动台安装于离心机臂构建的振动-离心复合试验系统来实现。由于对于离心机—振动台试验系统的研发面临着系统复杂、设计难度大、成本高的难题，很难仅依靠以往设计经验和简单理论计算建立起一个完整的试验系统。

3、因此，在以往的研究中，通常采用将振动台简化为多刚体模型安装于离心机臂上形成多刚体系统的方法进行动力学仿真实验，或者通过在有限元软件中直接加载过载—振动载荷来对实际环境进行模拟，从而减少开发成本。但在实际研究中，主要针对机构的结构进行动力学分析，有限元分析很难准确地对离心机臂与动圈的运动和受力情况进行描述，且因为二维振动台的仿真具有运动解耦这一复杂问题的存在，目前国内外对于离心-振动试验系统的动力学仿真只能实现离心力场中一维振动的模拟，尚未见到离心力场中二维振动台的模拟试验系统，因此，如何通过解决运动解耦问题，在动力学分析软件中建立起真实有效的离心力场中二维振动台系统是一重要难题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种离心力场中二维振动系统的动力学分析方法及系统，用于解决离心力场中二维振动台运动解耦的技术问题，准确模拟离心力场中二维振动台的运动情况，并且可以真实地反映出系统的动力学特性，为实际试验系统的设计和优化提供重要参考。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种离心力场中二维振动系统的动力学分析方法，包括以下步骤：

4、s1、建立离心力场中二维振动台的三维立体模型；

5、s2、将步骤s1得到的三维立体模型导入adams中得到adams机械模型，并设置adams机械模型的约束条件和载荷；

6、s3、建立步骤s2得到的adams机械模型的输出动力学参数；

7、s4、设置仿真时间及步长，提取所需动力学参数，完成动力学分析。

8、优选地，步骤s1中，使用solidworks建立离心力场中二维振动台的三维立体模型。

9、优选地，步骤s2中，在adams机械模型中对各机构进行质量赋值，并在各机构间设置与实际情况相对应的连接副，实现二维振动台间的运动配合。

10、优选地，步骤s2具体为：

11、s201、设置离心机臂和离心机转轴之间的约束为绕离心机转轴的旋转副；

12、s202、设置动圈和振动台基座间的约束为弹簧约束；设置动圈与振动台基座间约束为移动副；

13、s203、振动台与连杆装置之间，以及台面及试件与连杆装置之间分别添加旋转副进行连接，通过旋转副的配合实现两个方向振动台之间的运动配合。

14、更优选地，对于径向方向振动台，设置振动台与连杆装置之间的约束为旋转副，转轴方向垂直于地面，连杆装置为从动件；

15、设置台面及试件与连杆装置之间的约束为旋转副，转轴方向垂直于地面，台面及试件为从动件。

16、更优选地，对于切向方向振动台，设置振动台与连杆装置之间的约束为旋转副，转轴方向垂直于地面，连杆装置为从动件；

17、设置台面及试件与连杆装置之间的约束为旋转副，转轴方向垂直于地面，台面及试件为从动件。

18、更优选地，步骤s3中，在旋转副上添加驱动；在移动副上添加驱动，方向沿移动副方向。

19、优选地，步骤s4中，利用adams/postprocessor后处理模块提取动力学参数。

20、第二方面，本发明实施例提供了离心力场中二维振动系统的动力学分析系统，包括

21、离心机臂，离心机臂设置在离心机转轴上，离心机臂的一端与振动台连接，台面及试件设置在振动台上，振动台通过连杆装置与台面及试件连接。

22、优选地，振动台包括弹簧约束、动圈和移动副，弹簧约束用于连接振动台及动圈，通过在弹簧约束上施加载荷激励对振动情况进行仿真，移动副依附于动圈上，用于约束动圈仅沿振动方向运动。

23、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

24、一种离心力场中二维振动系统的动力学分析方法，在保证建模正确和不影响动力学仿真结果的前提下，准确地模拟了二维振动台与台面的连接关系，解决了二维方向的运动解耦问题；利用仿真模型中结构参数(离心机臂长度、试件质量等)和工作参数(刚度、阻尼系数)以及运动参数(离心机旋转速度、振动台振动频率等)的可调性，可以模拟不同工况下离心力场中二维振动台的运动情况，显著减少试验研究的时间；同时，利用adams仿真软件测定各重要连接处受力情况，为实际试验系统的设计和优化提供重要参考。

25、进一步的，通过对各机构进行质量赋值以及连接副设定，在adams软件中构建出整体离心-振动复合系统的动力学模型。

26、进一步的，对系统间各个构件的连接关系进行真实的模拟，通过对离心机转动情况进行模拟；对振动台的振动情况进行模拟；对振动台与台面及试件间的连接关系进行模拟。

27、进一步的，通过在振动台、连杆机构、台面及试件之间设置旋转副，真实的对二维振动台间的运动传递情况进行模拟，从而使得不同方向的振动均可传递到台面及试件上。

28、进一步的，在旋转副上添加驱动；在移动副上添加驱动，对系统的运动情况进行模拟，通过在旋转副上添加驱动来模拟离心机的转动；通过在移动副上添加驱动并设置方向沿移动副方向来模拟振动台的振动。

29、一种离心力场中二维振动系统的动力学分析系统，对真实的离心机-振动台系统连接方式进行简化和连接。

30、综上所述，本发明能够真实有效的利用adams软件对离心力场中二维振动系统进行简便、精确的动力学分析，解决离心力场中二维振动台运动解耦的技术问题，准确模拟离心力场中二维振动台的运动情况，并且可以真实地反映出系统的动力学特性，克服现有的对离心力场中二维振动系统的动力学建模复杂，需要复杂的分析推导过程、计算繁琐的问题，很容易地构造和修改实际的样本或机构，而无需复杂的数学模型。

31、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种离心力场中二维振动系统的动力学分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的离心力场中二维振动系统的动力学分析方法，其特征在于，步骤s1中，使用solidworks建立离心力场中二维振动台的三维立体模型。

3.根据权利要求1所述的离心力场中二维振动系统的动力学分析方法，其特征在于，步骤s2中，在adams机械模型中对各机构进行质量赋值，并在各机构间设置与实际情况相对应的连接副，实现二维振动台间的运动配合。

4.根据权利要求1所述的离心力场中二维振动系统的动力学分析方法，其特征在于，步骤s2具体为：

5.根据权利要求4所述的离心力场中二维振动系统的动力学分析方法，其特征在于，对于径向方向振动台，设置振动台与连杆装置之间的约束为旋转副，转轴方向垂直于地面，连杆装置为从动件；

6.根据权利要求4所述的离心力场中二维振动系统的动力学分析方法，其特征在于，对于切向方向振动台，设置振动台与连杆装置之间的约束为旋转副，转轴方向垂直于地面，连杆装置为从动件；

7.根据权利要求4所述的离心力场中二维振动系统的动力学分析方法，其特征在于，步骤s3中，在旋转副上添加驱动；在移动副上添加驱动，方向沿移动副方向。

8.根据权利要求1所述的离心力场中二维振动系统的动力学分析方法，其特征在于，步骤s4中，利用adams/postprocessor后处理模块提取动力学参数。

9.一种离心力场中二维振动系统的动力学分析系统，其特征在于，基于权利要求1至8中任一项所述的离心力场中二维振动系统的动力学分析方法，包括离心机臂(1)，离心机臂(1)设置在离心机转轴(2)上，离心机臂(1)的一端与振动台(3)连接，台面及试件(4)设置在振动台(3)上，振动台(3)通过连杆装置(6)与台面及试件(4)连接。

10.根据权利要求9所述的离心力场中二维振动系统的动力学分析系统，其特征在于，振动台(3)包括弹簧约束(5)、动圈(7)和移动副(8)，弹簧约束(5)用于连接振动台(3)及动圈(7)，通过在弹簧约束(5)上施加载荷激励对振动情况进行仿真，移动副(8)依附于动圈(7)上，用于约束动圈(7)仅沿振动方向运动。

技术总结
本发明公开了一种离心力场中二维振动系统的动力学分析方法及系统，建立离心力场中二维振动台的三维立体模型；将三维立体模型导入ADAMS中得到ADAMS机械模型，并设置ADAMS机械模型的约束条件和载荷；建立ADAMS机械模型的输出动力学参数；设置仿真时间及步长，提取所需动力学参数，完成动力学分析。本发明有效解决离心力场中二维振动台的运动解耦问题，准确模拟离心力场中二维振动台的运动情况，并且可以真实地反映出系统的动力学特性，为实际试验系统的设计和优化提供重要参考。

技术研发人员：董龙雷,楚羽,宋少伟,吴丹,王旭阳
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5