[发明专利]用于结构动力学仿真的橡胶O形圈有限元建模方法

摘要

本发明公开了一种用于结构动力学仿真的橡胶O形圈有限元建模方法，用于解决现有橡胶O形圈有限元建模方法复杂的技术问题。技术方案是对轴结构、孔结构和O形圈组成的系统进行结构简化，建立其有限元模型；然后对系统进行自由边界条件下的模态试验，获得固有频率、振型等模态参数；以模态仿真计算结果与模态试验结果的误差最小为目标函数，采用优化算法确定O形圈的弹性模量E，从而获得具有较高精度的O形圈有限元模型。该方法可以获取具有较高仿真精度的轴孔配合结构的动力学仿真模型，进而获得高精度的动力学仿真结果，动力学仿真结果与试验结果误差保持在10％以内，方法简单。

主权项

1.一种用于结构动力学仿真的橡胶O形圈有限元建模方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一、O形圈(2)结构等效；/n为了便于建立O形圈(2)的有限元模型，设定O形圈(2)装配后的理想状态条件为：/na)O形圈(2)装入孔结构(3)与轴结构(1)构成的O形圈槽后，填满O形圈槽；/nb)O形圈(2)外表面与孔结构(3)无相对运动；/nc)O形圈(2)内表面与轴结构(1)无相对运动；/n步骤二、建立系统的有限元模型；/n轴结构(1)和孔结构(3)按实际结构尺寸进行建模，其弹性模量E、泊松比ν和密度ρ参数按结构材料的物理参数设置；O形圈(2)按照理想状态条件a)进行建模，其泊松比ν和密度ρ按O形圈(2)材料的物理参数设置，弹性模量E为待定变量；O形圈(2)与轴结构(1)和孔结构(3)之间的连接关系按照理想状态条件b)和c)进行处理；/n步骤三、确定模态参数；/n以轴结构(1)、孔结构(3)和O形圈(2)组成的系统为对象，在自由边界条件下，对系统进行模态试验，获取自由边界条件下系统的固有频率、振型这些模态参数；/n步骤四、确定等效O形圈(4)等效弹性模量E_x；/n采用优化算法求解等效O形圈(4)的等效弹性模量E_x；定义等效O形圈(4)的等效弹性模量E_x作为设计变量，E_x的取值范围为0.01E～10E，E为材料的弹性模量；定义模态仿真计算结果与模态试验结果的误差最小为目标函数f(x)，即/n /n式中，i表示固有频率和模态振型的阶次；表示第i阶固有频率仿真计算值和试验值误差的绝对值；MAC_i表示第i阶模态振型仿真计算值和试验值的相关性；α_i和β_i分别表示第i阶固有频率的误差和MAC值残差的加权系数，和MAC_i均为等效O形圈(4)等效弹性模量E_x的函数。/n