考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法及系统。该方法其包括：根据被控制体特征参数以及风速特征参数确定激励信号；将激励信号输入至CFD求解器中，得到对应的模态气动力；以激励信号为输入，以模态气动力为输出，建立非定常气动力降阶模型；将非定常气动力降阶模型与结构运动方程耦合，建立流固耦合降阶模型；基于当前的质量阻尼器参数，求解流固耦合降阶模型中的流固耦合降阶矩阵，得到特征根；特征根的虚部代表模态频率，特征根的实部代表模态阻尼；基于模态阻尼优化当前的质量阻尼器参数。本发明专利技术克服了现有桥梁、建筑、风工程及航空航天领域中，调谐质量阻尼器设计方法无法考虑流固耦合效应的缺陷。尼器设计方法无法考虑流固耦合效应的缺陷。尼器设计方法无法考虑流固耦合效应的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及调谐质量阻尼器
，特别涉及一种考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法及系统。

技术介绍

[0002]调谐质量阻尼器作为最早应用于机械振动控制领域的装置，如今被广泛应用于桥梁、建筑、风工程以及航空航天等因为流体作用力导致的流固耦合振动控制中。但是在这种由于流固耦合导致的振动控制设计中，工程师往往因为缺乏对背后物理机制的清晰认识，也缺乏高效的调谐质量阻尼器分析设计方法，因此在实际调谐质量阻尼器的设计与应用过程中，还是采用机械振动中控制强迫振动的设计理论与方法，将流体外激励造成的流固耦合振动当成响应问题，这种思路忽略了流固耦合效应，一方面会使调谐质量阻尼器作用效果不佳，另一方面会导致阻尼器的质量设计过于保守，导致成本增加。
[0003]现有技术中的调谐液体阻尼器的设计方法，阻尼器参数的确定需要通过大量的实验或者数值仿真迭代确定，但是风洞实验成本以及流固耦合数值仿真的成本高昂且时间周期长，不利于工程的实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法及系统，克服现有桥梁、建筑、风工程及航空航天领域中，调谐质量阻尼器设计方法无法考虑流固耦合效应的缺陷。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法，包括：
[0007]根据被控制体特征参数以及风速特征参数确定激励信号；所述激励信号包括模态位移；
[0008]将所述激励信号输入至CFD求解器中，得到对应的模态气动力；
[0009]以所述激励信号为输入，以所述模态气动力为输出，建立非定常气动力降阶模型；
[0010]将所述非定常气动力降阶模型与结构运动方程耦合，建立流固耦合降阶模型；
[0011]基于当前的质量阻尼器参数，求解所述流固耦合降阶模型中的流固耦合降阶矩阵，得到特征根；所述特征根的虚部代表模态频率，所述特征根的实部代表模态阻尼；
[0012]基于所述模态阻尼优化当前的质量阻尼器参数。
[0013]可选地，根据被控制体特征参数以及风速特征参数确定激励信号，具体包括：
[0014]根据所述被控制体特征参数以及所述风速特征参数计算特征频率；
[0015]基于所述特征频率确定所述激励信号。
[0016]可选地，所述非定常气动力降阶模型的表达式如下：
[0017][0018]其中，其中，为x
a
对时间的导数，x
a
为气动力状态向量，f
a
为模态气动力，u
m
为模态位移，A
a
、B
a
、C
a
、D
a
均为待辨识的模态气动力参数矩阵，t为连续空间的时序。
[0019]可选地，所述流固耦合降阶模型的表达式如下：
[0020][0021]其中，为x
s
对时间的导数，x
s
为被控制体的状态向量，A
s
、B
s
、C
s
均为被控制体的结构参数矩阵，q为模态气动力的系数。
[0022]可选地，基于所述模态阻尼优化当前的质量阻尼器参数，具体包括：
[0023]基于所述模态阻尼判断流固耦合系统是否稳定；
[0024]当判断所述流固耦合系统稳定时，输出当前的质量阻尼器参数；
[0025]当判断所述流固耦合系统不稳定时，调节当前的质量阻尼器参数。
[0026]本专利技术还提供了一种考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化系统，包括：
[0027]激励信号确定模块，用于根据被控制体特征参数以及风速特征参数确定激励信号；所述激励信号包括模态位移；
[0028]模态气动力确定模块，用于将所述激励信号输入至CFD求解器中，得到对应的模态气动力；
[0029]非定常气动力降阶模型建立模块，用于以所述激励信号为输入，以所述模态气动力为输出，建立非定常气动力降阶模型；
[0030]流固耦合降阶模型建立模块，用于将所述非定常气动力降阶模型与结构运动方程耦合，建立流固耦合降阶模型；
[0031]求解模块，用于基于当前的质量阻尼器参数，求解所述流固耦合降阶模型中的流固耦合降阶矩阵，得到特征根；所述特征根的虚部代表模态频率，所述特征根的实部代表模态阻尼；
[0032]参数优化模块，用于基于所述模态阻尼优化当前的质量阻尼器参数。
[0033]可选地，激励信号确定模块具体包括：
[0034]特征频率计算单元，用于根据所述被控制体特征参数以及所述风速特征参数计算特征频率；
[0035]激励信号确定单元，用于基于所述特征频率确定所述激励信号。
[0036]可选地，参数优化模块具体包括：
[0037]判断单元，用于基于所述模态阻尼判断流固耦合系统是否稳定；
[0038]输出单元，用于当判断所述流固耦合系统稳定时，输出当前的质量阻尼器参数；
[0039]调节单元，用于当判断所述流固耦合系统不稳定时，调节当前的质量阻尼器参数。
[0040]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0041]本专利技术在充分认识流固耦合振动机理的基础上，提供了一种考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法及系统，设计了高效准确的降阶模型方法，同时考虑了调谐质量阻尼器对于结构与流动的影响，能够从流固耦合系统稳定性角度对调谐质量阻尼器进行参数分析和优化设计，从而为工程应用中调谐质量阻尼器的参数设计提供理论依据和快速有效的分析手段。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]图1为本专利技术提供的考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法的流程图；
[0044]图2为调谐质量阻尼器参数优化结果示意图。
具体实施方式
[0045]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0046]本专利技术的目的是提供一种考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法及系统，克服现有桥梁、建筑、风工程及航空航天领域中，调谐质量阻尼器设计方法无法考虑流固耦合效应的缺陷。
[0047]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法，其特征在于，包括：根据被控制体特征参数以及风速特征参数确定激励信号；所述激励信号包括模态位移；将所述激励信号输入至CFD求解器中，得到对应的模态气动力；以所述激励信号为输入，以所述模态气动力为输出，建立非定常气动力降阶模型；将所述非定常气动力降阶模型与结构运动方程耦合，建立流固耦合降阶模型；基于当前的质量阻尼器参数，求解所述流固耦合降阶模型中的流固耦合降阶矩阵，得到特征根；所述特征根的虚部代表模态频率，所述特征根的实部代表模态阻尼；基于所述模态阻尼优化当前的质量阻尼器参数。2.根据权利要求1所述的考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法，其特征在于，根据被控制体特征参数以及风速特征参数确定激励信号，具体包括：根据所述被控制体特征参数以及所述风速特征参数计算特征频率；基于所述特征频率确定所述激励信号。3.根据权利要求1所述的考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法，其特征在于，所述非定常气动力降阶模型的表达式如下：其中，为x
a
对时间的导数，x
a
为气动力状态向量，f
a
为模态气动力，u
m
为模态位移，A
a
、B
a
、C
a
、D
a
均为待辨识的模态气动力参数矩阵，t为连续空间的时序。4.根据权利要求3所述的考虑流固耦合效应的调谐质量阻尼器参数优化方法，其特征在于，所述流固耦合降阶模型的表达式如下：其中，为x
s
对时间的导数，x
s
为被控制体的状态向量，A
s
、B
s
、C
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟伟，骆府庆，高传强，吕振，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：