基于颗粒运动相态的颗粒阻尼结构优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于颗粒运动相态的颗粒阻尼结构优化设计方法，此方法采用离散元仿真软件建立所要设计颗粒阻尼结构的离散元模型，并模拟实际工况下颗粒阻尼结构内部阻尼颗粒的动力学行为，然后通过调控颗粒物质悬浮高阻态的方式确定颗粒阻尼结构的最优设计参数。本发明专利技术所提到的颗粒物质“悬浮高阻态”可以被看作是进行颗粒阻尼结构设计时最优参数的判断标准，并且可以通过调控颗粒物质悬浮高阻态的方式对颗粒阻尼结构的多个设计参数同时进行组合优化，为颗粒阻尼结构参数的优化设计提供一种全新思路，进而能促进颗粒阻尼技术在实际工程中的应用推广。

Optimum Design Method of Particle Damping Structure Based on Particle Moving Phase State

The invention discloses an optimum design method of particle damping structure based on the phase state of particle motion. The method establishes the discrete element model of the particle damping structure to be designed by using the discrete element simulation software, and simulates the dynamic behavior of the damping particles in the particle damping structure under actual working conditions. Then, the optimum design of the particle damping structure is determined by controlling the suspension high resistance state of the particle. Optimal design parameters. The \suspended high resistance state\ of the particulate matter mentioned in the invention can be regarded as the criterion for judging the optimum parameters in the design of the particulate damping structure, and the design parameters of the particulate damping structure can be combined and optimized simultaneously by regulating the suspended high resistance state of the particulate matter, thus providing a new idea for the optimum design of the structural parameters of the particulate damping structure, and thus promoting the design of the particulate damping structure parameters. The application and popularization of particle damping technology in practical engineering.

【技术实现步骤摘要】
基于颗粒运动相态的颗粒阻尼结构优化设计方法
本专利技术属于结构减振降噪
，具体涉及一种基于颗粒运动相态的颗粒阻尼结构参数优化设计方法。
技术介绍
颗粒阻尼技术是一种利用颗粒物质的耗散特性进行结构体减振的被动控制技术，尤其适用于恶劣环境下工程结构的振动抑制。颗粒阻尼结构因对原系统改动很小、不产生附加质量、对环境变化不敏感以及几乎无需维护等优点而具有很好的应用前景。然而，由于颗粒阻尼结构内部阻尼颗粒的耗散行为十分复杂，并且影响阻尼颗粒耗散行为的参数众多，致使统一有效的颗粒阻尼结构设计准则始终难以建立。颗粒阻尼结构参数的设计涉及到颗粒阻尼结构的性能优化问题。颗粒阻尼结构是具有强非线性特性的多参数系统，其宏观表现出来的阻尼性能是受众多设计参数影响的耦合效应。传统上对颗粒阻尼结构设计的研究更多关注不同设计参数对其阻尼性能的影响，大多通过弱化颗粒阻尼性能的多参数依赖性，在设定若干参数的基础上以寻求某个“最优设计参数”的方式来实现。显然，这种方式所得到的最优设计参数具有一定的相对性，依此所得颗粒阻尼结构可能并不具备最好的阻尼性能；同时，不同工程环境对减振结构参数的要求不同，某一工程结构设计的“最优参数”并不一定适用于其他工程结构。因此，这种相对的“最优”设计方法往往难以通用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于颗粒运动相态的颗粒阻尼结构参数普适设计方法，通过这种设计方法，以促进颗粒阻尼技术在实际工程中的应用推广。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于颗粒运动相态的颗粒阻尼结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，获取振动参数，确定颗粒材料质量，检测受控对象所在振动环境，获取振动参数，确定所用颗粒材料的质量m；步骤二，预设颗粒阻尼结构设计参数，所预设的颗粒阻尼结构的设计参数至少包括腔体参数、颗粒参数以及腔体和颗粒之间的关系参数；步骤三，测得接触参数，准确测得颗粒阻尼结构中颗粒材料间及颗粒材料与受控对象材料间的接触参数；步骤四，建立离散元模型，根据步骤二所预设的颗粒阻尼结构设计参数，建立颗粒阻尼结构的离散元模型，并根据步骤三所测得的接触参数标定离散元模型中对应的颗粒系统接触参数，并根据步骤一所获取的振动参数确定离散元仿真用激振参数范围；步骤五，获取阻尼颗粒的运动相图，通过离散元仿真软件，生成仿真环境，记录阻尼颗粒在步骤四确定的离散元仿真用激振参数范围内不同取值点的运动相态，得到颗粒阻尼结构内部阻尼颗粒的运动相图；步骤六，获取不同的运动相图，保持附加颗粒材料质量m不变的前提下，修改步骤二中预设的颗粒阻尼结构的设计参数，并重复步骤三至步骤五，得到不同颗粒阻尼结构内部阻尼颗粒的运动相图；步骤七，得到颗粒阻尼结构的最优设计参数，对比分析所预设的颗粒阻尼结构设计参数的变化造成的阻尼颗粒运动相图的变化，根据阻尼颗粒悬浮高阻态的分布情况最终确定颗粒阻尼结构的最优设计参数。所述步骤一中获取的振动参数至少包括振动频率(fmin，fmax)和振动幅值(Amin，Amax)。所述步骤四中确定的离散元仿真用激振参数的范围至少将步骤一中受控对象对应的振动参数涵盖在内，激振参数至少包括激振频率(fmin＇，fmax＇)和激振幅值(Amin＇，Amax＇)，其中fmin＇≤(fmin，fmax)≤fmax＇，Amin＇≤(Amin，Amax)≤Amax＇。所述步骤二中预设的颗粒阻尼结构的腔体参数至少包括腔体的材料、维度和尺寸；预设的颗粒阻尼结构的颗粒参数至少包括颗粒材料的种类、尺寸和形状；预设的颗粒阻尼结构的关系参数至少包括颗粒填充比；步骤二中预设的颗粒阻尼结构具有恒定的颗粒材料质量m。所述的颗粒填充比是指采用的颗粒材料体积与其所填充颗粒阻尼结构腔体体积的比值。所述步骤三中接触参数包括颗粒材料弹性恢复系数CR和颗粒材料摩擦系数CS，颗粒材料弹性恢复系数CR通过跌落实验获得，颗粒材料摩擦系数CS通过拉滑实验获得。所述步骤四中离散元模型中需要标定的颗粒系统接触参数包括颗粒材料弹性恢复系数CR＇和颗粒材料摩擦系数CS＇，设置CR＇＝CR，CS＇＝CS。所述阻尼颗粒运动相态是指振动激励下阻尼颗粒的动力学行为；所述的阻尼颗粒的运动相图至少包括在步骤四中确定的离散元仿真用激振参数范围内颗粒的不同运动相态。所述步骤七中的阻尼颗粒悬浮高阻态是指振动激励下密闭颗粒系统内部颗粒物质的三种高耗散相态，即莱顿弗罗斯特态、浮动对流态以及双向莱顿弗罗斯特态；所述颗粒阻尼结构最优设计参数的确定原则是：使得颗粒运动相图中三种悬浮高阻态出现次数最多且连续分布。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术所提颗粒物质三种悬浮相态的高阻尼效应是颗粒物质本身固有的耗散特性，既不依赖于任何外界激励，又与被控对象的初始结构参数无关。在颗粒阻尼结构参数的设计过程中，所有最优结构参数的确定均可以阻尼颗粒这三种悬浮高阻态的出现为依据。因此，本专利技术所提颗粒阻尼结构参数的设计方法可以通过同时调整任意几个结构参数的方式真正达到颗粒阻尼结构整体设计的最优化，克服了传统颗粒阻尼结构设计中“最优参数”的相对性问题。2、本专利技术借助阻尼颗粒悬浮高阻态进行颗粒阻尼结构的设计方法更适用于较大振动强度的工况，但较小振动强度环境下颗粒阻尼结构的设计可以通过向颗粒系统增加弹性元件以诱导出颗粒悬浮高阻态出现的方式进行，因此本设计方法适用范围广，通用性强。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：图1-1至图1-3是本专利技术中颗粒物质三种悬浮高阻态在EDEM仿真环境中的快照图。图2是本专利技术中基于颗粒物质运动相态的颗粒阻尼结构参数设计流程图。图3是本专利技术中的一种密闭颗粒系统。图4-1至图4-5是本专利技术密闭颗粒系统内部颗粒在颗粒系统结构参数变化时在相同激振参数范围内的运动相图。图中：☆-类固态；-蹦床态；□-波动态；○-莱顿弗罗斯特态；△-浮动对流态；-双向莱顿弗罗斯特态。(注：颗粒物质动力学领域最新的研究报道已大致揭示出以上六种颗粒运动相态耗散性能的强弱，即莱顿弗罗斯特态○、浮动对流态△、双向莱顿弗罗斯特态>波动态□>类固态☆、蹦床态)具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术申请的具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、方法或特点可由任何合适形式组合。本专利技术公开了一种基于颗粒运动相态的颗粒阻尼结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，获取振动参数，确定颗粒材料质量，检测受控对象所在振动环境，获取振动参数，确定所用颗粒材料的质量m；步骤二，预设颗粒阻尼结构设计参数，所预设的颗粒阻尼结构的设计参数至少包括腔体参数、颗粒参数以及腔体和颗粒之间的关系参数；步骤三，测得接触参数，准确测得颗粒阻尼结构中颗粒材料间及颗粒材料与受控对象材料间的接触参数；步骤四，建立离散元模型，根据步骤二所预设的颗粒阻尼结构设计参数，建立颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于颗粒运动相态的颗粒阻尼结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，获取振动参数，确定颗粒材料质量，检测受控对象所在振动环境，获取振动参数，确定所用颗粒材料的质量m；步骤二，预设颗粒阻尼结构设计参数，所预设的颗粒阻尼结构的设计参数至少包括腔体参数、颗粒参数以及腔体和颗粒之间的关系参数；步骤三，测得接触参数，准确测得颗粒阻尼结构中颗粒材料间及颗粒材料与受控对象材料间的接触参数；步骤四，建立离散元模型，根据步骤二所预设的颗粒阻尼结构设计参数，建立颗粒阻尼结构的离散元模型，并根据步骤三所测得的接触参数标定离散元模型中对应的颗粒系统接触参数，并根据步骤一所获取的振动参数确定离散元仿真用激振参数范围；步骤五，获取阻尼颗粒的运动相图，通过离散元仿真软件，生成仿真环境，记录阻尼颗粒在步骤四确定的离散元仿真用激振参数范围内不同取值点的运动相态，得到颗粒阻尼结构内部阻尼颗粒的运动相图；步骤六，获取不同的运动相图，保持附加颗粒材料质量m不变的前提下，修改步骤二中预设的颗粒阻尼结构的设计参数，并重复步骤三至步骤五，得到不同颗粒阻尼结构内部阻尼颗粒的运动相图；步骤七，得到颗粒阻尼结构的最优设计参数，对比分析所预设的颗粒阻尼结构设计参数的变化造成的阻尼颗粒运动相图的变化，根据阻尼颗粒悬浮高阻态的分布情况最终确定颗粒阻尼结构的最优设计参数。...

【技术特征摘要】
1.基于颗粒运动相态的颗粒阻尼结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，获取振动参数，确定颗粒材料质量，检测受控对象所在振动环境，获取振动参数，确定所用颗粒材料的质量m；步骤二，预设颗粒阻尼结构设计参数，所预设的颗粒阻尼结构的设计参数至少包括腔体参数、颗粒参数以及腔体和颗粒之间的关系参数；步骤三，测得接触参数，准确测得颗粒阻尼结构中颗粒材料间及颗粒材料与受控对象材料间的接触参数；步骤四，建立离散元模型，根据步骤二所预设的颗粒阻尼结构设计参数，建立颗粒阻尼结构的离散元模型，并根据步骤三所测得的接触参数标定离散元模型中对应的颗粒系统接触参数，并根据步骤一所获取的振动参数确定离散元仿真用激振参数范围；步骤五，获取阻尼颗粒的运动相图，通过离散元仿真软件，生成仿真环境，记录阻尼颗粒在步骤四确定的离散元仿真用激振参数范围内不同取值点的运动相态，得到颗粒阻尼结构内部阻尼颗粒的运动相图；步骤六，获取不同的运动相图，保持附加颗粒材料质量m不变的前提下，修改步骤二中预设的颗粒阻尼结构的设计参数，并重复步骤三至步骤五，得到不同颗粒阻尼结构内部阻尼颗粒的运动相图；步骤七，得到颗粒阻尼结构的最优设计参数，对比分析所预设的颗粒阻尼结构设计参数的变化造成的阻尼颗粒运动相图的变化，根据阻尼颗粒悬浮高阻态的分布情况最终确定颗粒阻尼结构的最优设计参数。2.根据权利要求1所述的基于颗粒运动相态的颗粒阻尼结构优化设计方法，其特征在于：所述步骤一中获取的振动参数至少包括振动频率(fmin，fmax)和振动幅值(Amin，Amax)。3.根据权利要求2所述的基于颗粒运动相态的颗粒阻尼结构优化设计方法，其特征在于：所述步骤四中确定的离散元仿真用激振参数的范围至少将步骤一中受控对象对应的振动参数涵盖在内，激振参数至少包括激振频率(fmin＇，fmax＇)和激振幅值(Amin＇，Amax...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，寇发荣，乔心州，陈天宁，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61