(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211193881.4 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 河南科技大 学 地址 471000 河南省洛阳市涧西区西苑路 48号 (72)发明人 杨传猛　邱明　叶天贵　靳国永　 王景　董艳方　李军星　庞晓旭　 胡鹏宇　 (74)专利代理 机构 洛阳公信知识产权事务所 (普通合伙) 41120 专利代理师 宋晨炜 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 一种考虑结构随机参数的复合 阻尼结构振 动预报方法 (57)摘要 本发明提供了一种考虑结构随机参数的复 合阻尼结构 振动预报方法， 首先提取复合阻尼结 构确定性参数信息和不确定性参数信息， 将边界 条件数值化； 然后根据阻尼材料实际制备中产生 的随机性， 定义随机变量、 材料参数变异系数值； 其次， 建立基于修正傅里叶谱 方法的复合阻尼结 构振动模型， 得到确定结构的固有频率； 最后将 傅里叶谱方法与摄动理论结合， 构建傅里叶谱 ‑ 摄动求解器， 预报出由于材料随机性导致的共振 频率区间。 本发 明充分考虑了随机参数对结构 振 动的影响， 可用于任意边界条件 下含随机参数的 复合阻尼结构 振动固有 频率预报， 从而指导复合 阻尼结构设计， 有效降低结构共 振发生的概 率。 权利要求书1页 说明书7页 附图2页 CN 115374651 A 2022.11.22 CN 115374651 A 1.一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 提取复合阻尼结构确定性参数信息和不确定性参数信息， 提取结构边界条件 信息， 并将边界条件数值 化； 步骤二： 根据阻尼材料实际制备中产生的随机性， 将阻尼材料的弹性模量、 密度设置为 随机变量， 并服从正态分布， 定义材 料参数变异系数值； 步骤三： 建立基于傅里叶谱方法的复合阻尼结构振动模型， 将步骤一中的确定参数信 息和边界信息输入， 输出确定结构系统的刚度矩阵和质量矩阵， 并得到确定结构的固有频 率fi； 步骤四： 结合摄动理论， 建立基于傅里叶谱 ‑摄动法的随机参数复合阻尼结构振动预报 模型， 将步骤二阻尼材料随机参数 的统计量信息和步骤三求得 的刚度、 质量矩阵以及确定 结构的固有 频率输入， 输出随机参数复合阻尼结构的振动预报信息， 包含固有频率期 望、 方 差、 变异系数以及概 率密度函数， 同时得到结构固有频率的上 下限值。 2.根据权利要求1所述的一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法， 其特 征在于， 所述材 料随机参数为阻尼层材 料参数， 由变异系数表征其数据的离 散程度。 3.根据权利要求1所述的一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法， 其特 征在于， 所述步骤三中， 根据瑞利 ‑里兹原理建立傅里叶谱求解器进行求解， 将修正傅里叶 谱函数带入到整体能量泛函， 并应用泛函对未知系 数求极值， 得到复合阻尼梁的振动控制 方程。 4.根据权利要求1所述的一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法， 其特 征在于， 所述基于傅里叶谱 ‑摄动法的随机参数复合阻尼结构振动预报模型构建包括： 构建 复合阻尼结构的振动位移域及修正傅里叶谱位移函数， 基层、 面层和阻尼层的应变能函数 和动能函数， 随机参数复合阻尼结构振动控制方程， 傅里叶谱 ‑摄动求解器。 5.根据权利要求4所述的一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法， 其特 征在于， 构建复合阻尼结构的振动位移 域的具体方法为， 基于Reddy高阶剪切变形 理论根据 层间位移连续 性条件， 用基层和面层的位移 表示阻尼层位移。 6.根据权利要求1所述的一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法， 其特 征在于， 所述随机参数复合阻尼结构振动预报模型中的特征值是以均值为中心的一阶及二 阶导数。 7.根据权利要求6所述的一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法， 其特 征在于， 所述随机参数复合阻尼结构振动预报模型中阻尼层的剪切模量和密度均为随机参 数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115374651 A 2一种考虑 结构随机参数的 复合阻尼 结构振动预报方 法 技术领域 [0001]本发明属于阻尼结构振动分析领域， 尤其涉及一种考虑结构随机参数的复合阻尼 结构振动预报方法。 背景技术 [0002]复合阻尼 结构具有轻质、 高比刚度和比强度、 优良的减振降噪性能而被广泛应用 于航空航 天、 军事装备、 制造装备、 科技建筑等领域。 在现实中， 复合阻尼结构 本身及其应用 场合普遍存在着各种随机性， 其中的阻尼材料是结构良好减振性能的主要原因， 通常阻尼 层厚度较厚， 而由于本身不可能为理想均质， 不可避免地存在着缺陷、 裂纹、 不均匀等情况， 并且在阻尼材料制备生产和结构加工过程中， 材料参数往往具有一定的随机性， 使得复合 阻尼结构的振动特性更为复杂和难以预测， 在工程设计中无法完全避开共振频率， 从而导 致共振的发生。 [0003]为了更好地揭示随机参数影响下复合阻尼结构的减振降噪特性， 有必要在自由振 动基础上， 从统计角度对复合阻尼结构的随机动力学特性进行深入研究， 而传统有限元技 术虽然在动力学建模方面有很高的灵活度， 但对于材料随机参数带来的不确定结构会存在 大量重复建模问题， 导致计算代价过大， 因此， 建立一种能够充分考虑阻尼材料随机参数并 且具有较高计算效率和精度的复合阻尼结构振动分析 预报方法具有十分重要的意 义。 发明内容 [0004]有鉴于此， 为解决上述现有技术的不足， 本发明的目的在于提供了一种考虑结构 随机参数 的复合阻尼结构振动预报方法， 求出 由于材料随机性导致的共振频率区间， 从而 进行避免共振发生的有效设计， 该方法具有计算效率高、 振动预报准确、 适用于任意边界条 件的特点。 [0005]为实现上述目的， 本发明所采用的技 术方案是： [0006]一种考虑结构随机参数的复合阻尼结构振动预报方法， 包括以下步骤： [0007]步骤一： 提取复合阻尼 结构确定性参数信息和不确定性参数信息， 提取结构边界 条件信息， 并将边界条件数值 化； [0008]步骤二： 根据阻尼材料实际制备中产生的随机性， 将阻尼材料的弹性模量、 密度设 置为随机变量， 并服从正态分布， 定义材 料参数变异系数值； [0009]步骤三： 建立基于傅里 叶谱方法的复合阻尼 结构振动模型， 将步骤一中的确定参 数信息和 边界信息输入， 输出确定结构系统的刚度矩阵和质量矩阵， 并得到确定结构的固 有频率fi； [0010]步骤四： 结合摄动理论， 建立基于傅里叶谱 ‑摄动法的随机参数复合阻尼结构振动 预报模型， 将步骤二阻尼材料随机参数 的统计量信息和步骤三求得的刚度、 质量矩阵以及 确定结构的固有频率输入， 输出随机参数复合阻尼结构的振动预报信息， 包含固有频率期 望、 方差、 变异系数以及概 率密度函数， 同时得到结构固有频率的上 下限值。说　明　书 1/7 页 3 CN 115374651 A 3