一种螺装结构模态递归测试方法与流程

本发明涉及模态测试，特别涉及一种螺装结构模态递归测试方法。

背景技术：

1、模态测试是获取结构动力学性能的最常用测试方法，然而在结构整机模态测试时，当前面临很多关键模态无法识别的问题，具体原因如下：

2、1、包含重复结构时，往往花费很大代价识别到的是重复的模态。

3、2、结构装配完成后，很多结构包含在结构内部，无法粘贴测点，只能对结构外部粘贴测点，导致很多重要、关心的位置无法得到模态响应。

4、3、模态测试主要是得到整体模态，目前对于刚度大的重要的零部件的模态无法得到。

5、模态递归法能够将结构分割成简单的零部件子结构进行模态测试或模态仿真，再把得到的结果通过子结构间的连接关系恢复成原来的结构，以此解决上述面临的问题。

6、动态子结构法是对大小复杂结构系统进行动力分析的有效方法，主要是用于桥梁、建筑、火箭等大型结果分割成段再组合的对象，其连接刚度远大于螺装连接，而螺装作为结构常用的一种装配方式，由于拆卸容易，目前没有实现螺装结构模态递归测试中螺装连接的高精度表征方式。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种螺装结构模态递归测试方法，通过分解螺装结构零件，进行模态测试，再递归得到整机模态结果，其中螺装位置通过线线节点力协调和位移协调来传递信息，实现了在螺装结构模态递归测试中，对螺装连接的高精度表征。

2、本发明提供了一种螺装结构模态递归测试方法，具体技术方案如下：

3、s1：将固连到地面的装配体，根据指定的零部件将其从螺装位置进行分解，得到分解的零部件；

4、s2：保留分解的零部件原有的固连边界，并在分解的螺装位置处增加固连边界，进行模态试验，获得零部件的模态测试频率数据fk；

5、s3：获取去除分解零部件原有固连边界的节点自由度的有限元模型，得到分解零部件的刚度矩阵和质量矩阵；

6、s4：对节点进行自由度设置，获取每个零部件对应的自由度矩阵；

7、s5：建立系统方程，将每个零部件对应的自由度矩阵代入到系统方程，进行递归综合，得到模态递归后的整机的运动方程；

8、s6：求解模态递归后的整机的运动方程得到整机的各阶频率与主振型，获得综合后的装配体的模态结果。

9、进一步的，步骤s2中，还包括根据获得零部件的模态测试频率数据，选取指定频率在设定倍数以内的子结构的模态，以及对应的模态振型

10、进一步的，步骤s2中，选取指定频率在3倍以内的子结构的模态，以及对应的模态振型

11、进一步的，步骤s3中，通过将分解的零部件的螺纹孔等效为与螺纹孔直径相同的光孔，同时将与螺纹孔对应的装配光孔等效为与螺纹孔直径相同的光孔，构建数值几何模型；

12、对构建的数值几何模型划分网格，得到去除分解零部件原有固连边界的节点自由度的有限元模型。

13、进一步的，步骤s4中，对螺装位置的孔对应的有限元节点的自由度设置为界面自由度，得到每个零部件对应的有限元质量矩阵的内部自由度质量矩阵，交叉自由度质量矩阵以及界面自由度质量矩阵；

14、对剩余节点的自由度设置为边界自由度，得到有限元刚度矩阵的内部自由度刚度矩阵，交叉自由度刚度矩阵以及界面自由度刚度矩阵。

15、进一步的，所述模态递归后的整机的运动方程，表示如下：

16、

17、其中，下标k表示截断的低阶模态的数量，上标a和b对应不同零部件，和分别表示零部件a和b对应的阶数为k阶的单元矩阵，和分别表示零部件a和b对应的模态递归交叉质量矩阵，和分别表示零部件a和b对应的模态递归边界点质量矩阵，和分别表示零部件a和b对应的模态测试频率数据，和分别表示零部件a和b对应的模态递归边界点刚度矩阵，和分别表示零部件a和b对应的非边界点模态坐标，ua为零部件a和b的边界点模态坐标，0表示填充相应矩阵区域的全零矩阵。

18、进一步的，通过插值扩阶的方法将实验模态自由度扩展到有限元模型自由度。

19、进一步的，模态递归交叉质量矩阵，表示如下：

20、

21、模态递归边界点质量矩阵，表示如下：

22、

23、模态递归边界点刚度矩阵，表示如下：

24、

25、其中，mdd、mda和maa分别表示每个零部件对应的有限元质量矩阵的内部自由度质量矩阵、交叉自由度质量矩阵和界面自由度质量矩阵；kdd，kda，kaa分别表示每个零部件对应的有限元刚度矩阵的内部自由度刚度矩阵、交叉自由度刚度矩阵和界面自由度刚度矩阵；φk表示实验测得的模态振型。

26、本发明的有益效果如下：

27、1、本发明通过分解螺装结构零件，进行模态测试，再递归得到整机模态结果，解决了对螺装结构整机进行模态测试的重复模态多、内部测点无法布置导致重要零部件模态无法获取的问题。

28、2、本发明将常规模态递归法中面面固连模拟装配体连接的方式改进为线线固连，与螺装的连接刚度更为接近，大幅提升了螺装结构模态递归的精度。

29、3、本发明同时应用模态测试试验结果和有限元模型，兼具模态测试试验得到的模态准确度高和仿真模型易于数据传递的优点。

技术特征：

1.一种螺装结构模态递归测试方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的螺装结构模态递归测试方法，其特征在于，步骤s2中，还包括根据获得零部件的模态测试频率数据，选取指定频率在设定倍数以内的子结构的模态，以及对应的模态振型

3.根据权利要求2所述的螺装结构模态递归测试方法，其特征在于，步骤s2中，选取指定频率在3倍以内的子结构的模态，以及对应的模态振型

4.根据权利要求1所述的螺装结构模态递归测试方法，其特征在于，步骤s3中，通过将分解的零部件的螺纹孔等效为与螺纹孔直径相同的光孔，同时将与螺纹孔对应的装配光孔等效为与螺纹孔直径相同的光孔，构建数值几何模型；

5.根据权利要求1所述的螺装结构模态递归测试方法，其特征在于，步骤s4中，对螺装位置的孔对应的有限元节点的自由度设置为界面自由度，得到每个零部件对应的有限元质量矩阵的内部自由度质量矩阵，交叉自由度质量矩阵以及界面自由度质量矩阵；

6.根据权利要求1所述的螺装结构模态递归测试方法，其特征在于，所述模态递归后的整机的运动方程，表示如下：

7.根据权利要求6所述的螺装结构模态递归测试方法，其特征在于，通过插值扩阶的方法将实验模态自由度扩展到有限元模型自由度。

8.根据权利要求7所述的螺装结构模态递归测试方法，其特征在于，模态递归交叉质量矩阵，表示如下：

技术总结本发明公开了一种螺装结构模态递归测试方法，包括S1：将固连到地面的装配体，根据指定的零部件将其从螺装位置进行分解；S2：保留零部件原有的固连边界，并增加固连边界，进行模态试验，获得模态测试频率数据；S3：获取零部件的刚度矩阵和质量矩阵；S4：对节点进行自由度设置，获取每个零部件对应的自由度矩阵；S5：每个零部件对应的自由度矩阵，通过系统方程进行递归综合，得到模态递归后的整机的运动方程；S6：求解方程得到整机的各阶频率与主振型，获得综合后的装配体的模态结果。本发明实现了在螺装结构模态递归测试中，对螺装连接的高精度表征，解决当下面临的对螺装结构重要零部件模态无法获取的问题。技术研发人员：杨雪受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/29