(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 202210601954.2 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 (72)发明人 赵广　张泽新　袁巍　张红晓　 吴玉萍　荆建平　 (74)专利代理 机构 大连理工大 学专利中心 21200 专利代理师 温福雪 (51)Int.Cl. G01M 5/00(2006.01) G01M 13/00(2019.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 榫连接结构接触刚度与阻尼识别装置及识 别方法 (57)摘要 本发明属于航空航天机械设计领域， 提出了 一种榫连接结构接触刚度与阻尼识别装置及识 别方法。 该装置包括的叶盘、 叶盘支架、 底板和振 动台； 叶盘与叶盘支架组成的整体结构开有通 孔， 通孔包括榫槽结构和长条形； 叶片根部为榫 头， 与榫槽结构啮合； 传力垫块可拆卸插入通孔 中； 液压缸通过压力传感器与传力垫块接触； 压 力传感器和加速度传感器用于测量结构的离心 拉应力和振动加速度。 本发明实现了对复杂非连 续界面的榫连接结构接触刚度与接触阻尼的准 确识别。 本发 明的榫连接结构接触刚度与阻尼识 别装置， 设计精巧且结构简单， 对此类多对非连 续齿面接触刚度与阻尼识别具有通用性且识别 精度高。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115060439 A 2022.09.16 CN 115060439 A 1.一种榫连接结构接触刚度与阻尼识别装置， 其特征在于， 该榫连接结构接触刚度与 阻尼识别装置包括叶盘(1)、 传力垫块(2)、 叶片(3)、 加速度传感器(4)、 振动台(5)、 底板 (6)、 叶盘支架(7)、 液压缸(8)、 压力传感器(9)、 螺栓(10)、 数字显示仪(11)、 保持性放大电 荷(12)、 动态数据采集仪(13)和工控机(14)； 叶盘(1)、 叶盘支架(7)、 底板(6)和振动台(5)自上而下依次固连； 叶盘支架(7)内部设 有空心箱体结构； 叶盘(1)与叶盘支架(7)组成的整体结构中， 几何形状中心处开有通孔连 通至空心箱体结构， 通孔上半部 分为带有多对对称齿面的榫槽结构， 下半部 分为长条形； 叶 片(3)根部为带齿状的榫头， 其与榫槽结构相啮合； 传力垫块(2)与叶片(3)根部相接触， 可 拆卸插入长条形的通孔部 分； 位于空心箱体结构内的液压缸(8)一端通过压力 传感器(9)与 传力垫块(2)接触， 另一端固定； 压力传感器(9)连接保持性电荷放大器(12)， 压力信号通过保持性电荷放大器(12)放 大后实时在数字显示仪(11)上显示， 用于测量液压缸(8)提供给叶片(3)的离心拉应力F； 加 速度传感器(4)位于叶片(3)表面上， 并与保持性放大电荷(12)、 动态数据采集仪(13)和工 控机(14)依次相连， 用于测量结构的振动加速度。 2.根据权利要求1所述的榫连接结构接触刚度与阻尼识别装置， 其特征在于， 所述底板 (6)形状为工 字型。 3.根据权利要求1或2所述的榫连接结构接触刚度与阻尼识别装置， 其特征在于， 所述 叶盘(1)、 叶盘支架(7)、 底板(6)和 振动台(5)自上而下依次固连的方式均通过螺栓(10)螺 接。 4.一种榫连接结构接触刚度与阻尼识别方法， 其特 征在于， 包括 步骤如下： 步骤一、 组建榫连接结构接触刚度与阻尼识别装置； 步骤二、 利用液压缸(8)对叶片(3)根部施加离心拉应力F； 步骤三、 离心拉应力F加载后， 待 整个榫连接结构状态稳定， 锤击叶片(3)的不同位置； 步骤四、 根据加速度传感器(4)、 工控机(14)获得该离心拉应力F下对应的榫连接结构 的频率值； 步骤五、 利用液压缸(8)施加逐步增大的离心拉应力， 直至完成所有应力载荷工况测 试， 获得不同离心拉应力与固有频率的关系； 步骤六、 重复上述 步骤五不少于 5次； 步骤七、 利用薄层单元法赋予榫连接结构模型一定厚度的薄层单元， 通过改变薄层单 元的弹性模量， 对榫连接结构模型进 行有限元模态分析进而获得弹性模量与固有频率之间 的关系； 步骤八、 榫连接结构接触刚度识别方法： S8.1定义试验结果和仿真模型模态结果的平方误差函数： 其中， 表示榫连接结构固有特性试验中特定离心拉应力作用下的一、 三阶固有 频率； 表示通过薄层单元法仿真计算得到 的一、 三阶频率拟合函数； ηi表示试验测权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115060439 A 2得的各阶固有频率权 重比， 表示各阶固有频率对离心拉应力变化的敏感程度， 定义 为： S8.2利用Matlab软件求得使R(F)最小的弹性模量值， 通过公式： 其中， h为薄层单 元的厚度； 识别出不同离心拉应力所对应榫接 接触面的单位接触刚度值； 步骤九、 榫连接结构接触阻尼识别方法： S9.1重新组建榫连接结构接触刚度与阻尼识别装置， 开启振动台(5)； S9.2重复上述步骤二、 三、 四、 五操作过程3次， 获得不同离心拉应力与振动响应的关 系； S9.3利用薄层单元法赋予榫接模型一定厚度的薄层单元， 通过在接触面接触 刚度识别 的基础上改变薄层单元的阻尼比， 对榫连接结构模型进行有限元谐响应分析进而获得阻尼 比与振动响应之间的关系； S9.4选取一个在离心拉应力下谐响应分析得到的一阶加速度响应， 对其按照下列公式 进行八项式拟合得到 M1： A1＝[M1][ ξb]； [M1]＝[M1(1)， M1(2)， M1(3),M1(4),M1(5),M1(6),M1(7),M1(8)， M1(9)] 其中， A1为一阶加速度 响应幅值； ξb为薄层单元材料阻尼比； M1(1)‑M1(9)为八次拟合多 项式相关系数； S9.5将试验结果中相对应的离心拉应力下的3次振动响应平均幅值A1代入上述拟合公 式得到离心拉应力F 所对应的阻尼比； S9.6选取其他离心拉应力F重复步骤S9.4、 S9.5计算过程， 从而识别出不同离心拉应力 所对应榫接 接触面的接触阻尼值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115060439 A 3