间接轴系扭振动态特性的修改方法、装置、设备和介质

摘要

本申请公开了一种间接轴系扭振动态特性的修改方法、装置、设备和介质。该方法包括：确定目标动力装置中待测结构的第一动柔度数据；建立待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型；根据第一动柔度数据和附加轴系结构的动柔度矩阵确定待测结构和附加轴系结构所组成的组合轴系的第二动柔度数据；判断第二动柔度数据所对应的动力学特性参数是否满足目标动力学特性参数，若不满足，返回执行建立待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型的步骤，直至满足目标动力学特性参数，避免了扭振计算模型的标定带来的轴系结构修正不准确问题，提高了实际轴系改进精确度，避免了轴系扭振共振，保障了轴系安全。

说明书

技术领域

本申请涉及力学和振动技术，特别是涉及一种间接轴系扭振动态特性的修改方法、装置、设备和介质。

背景技术

随着现在动力装置性能、功率需求目标不断提高，设备设施日益复杂化，如何在动力装置性能不断提升的基础上，有效保障动力装置系统的可靠性，快速查找设计薄弱点，就成为重点。而在动力系统中，传递功率的存在波动扭矩引起的扭转振动，是影响动力系统可靠性的重要一环，船舶动力系统特别是往复机械作为动力的主推进系统、涡轮推进以及电力推进系统，多需要进行扭振振动计算校核并相应对于轴系设计进行优化改进，避免由于轴系扭振设计不当引起轴系部件失效如疲劳折损、齿轮敲齿、联轴器松动撕裂等严重问题。而轴系计算受到简化模型参数不准确等限制，难免导致实物与理论模型发生偏差。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述技术问题，提供一种间接轴系扭振动态特性的修改方法、装置、设备和介质，避免扭振计算模型的标定所带来的轴系结构修正不准确的问题，提高了实际轴系改进精确度，避免轴系扭振共振，保障了轴系安全。

在一个实施例中，本申请实施例提供了一种间接轴系扭振动态特性的修改方法，包括：

确定目标动力装置中待测结构的第一动柔度数据；

建立所述待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型；

根据所述第一动柔度数据和所述附加轴系结构的动柔度矩阵确定所述待测结构和所述附加轴系结构所组成的组合轴系的第二动柔度数据；

判断所述第二动柔度数据所对应的动力学特性参数是否满足目标动力学特性参数，若不满足，返回执行建立所述待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型的步骤，直至满足目标动力学特性参数。

在一个实施例中，本申请实施例还提供了一种间接轴系扭振动态特性的修改装置，包括：

第一确定模块，用于确定目标动力装置中待测结构的第一动柔度数据；

建立模块，用于建立所述待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型；

第二确定模块，用于根据所述第一动柔度数据和所述附加轴系结构的动柔度矩阵确定所述待测结构和所述附加轴系结构所组成的组合轴系的第二动柔度数据；

判断执行模块，用于判断所述第二动柔度数据所对应的动力学特性参数是否满足目标动力学特性参数，若不满足，返回执行建立所述待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型的步骤，直至满足目标动力学特性参数。

在一个实施例中，本申请实施例还提供了一种间接轴系扭振动态特性的修改设备，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本申请任意实施例所提供的间接轴系扭振动态特性的修改方法。

在一个实施例中，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请任意实施例所提供的间接轴系扭振动态特性的修改方法。

本申请实施例所提供的一种间接轴系扭振动态特性的修改方法、装置、设备和介质，通过确定目标动力装置中待测结构的第一动柔度数据；建立所述待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型；根据所述第一动柔度数据和所述附加轴系结构的动柔度矩阵确定所述待测结构和所述附加轴系结构所组成的组合轴系的第二动柔度数据；判断所述第二动柔度数据所对应的动力学特性参数是否满足目标动力学特性参数，若不满足，返回执行建立所述待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型的步骤，直至满足目标动力学特性参数。本申请实施例通过直接测量目标动力装置中待测结构，并得到第一动柔度数据，然后建立附加轴系结构的仿真模型，并通过仿真实验得到组合轴系的第二动柔度数据，并不断调整第二动柔度数据所对应的动力学特性参数，直至满足目标动力学特性参数，从而避免了扭振计算模型的标定带来的轴系结构修正不准确问题，提高了实际轴系改进精确度，避免了轴系扭振共振，保障了轴系安全。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种间接轴系扭振动态特性的修改方法的流程示意图；

图2是本申请实施例提供的一种目标动力装置的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的另一种间接轴系扭振动态特性的修改方法的流程图；

图4是本申请实施例提供的一种间接轴系扭振动态特性的修改装置的结构框图；

图5是本申请实施例提供的一种间接轴系扭振动态特性的修改设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一实施例中，图1是本申请实施例提供的一种间接轴系扭振动态特性的修改方法的流程示意图。本实施例主要以该方法应用于间接轴系扭振动态特性的修改设备来举例说明。在实施例中，以间接轴系扭振动态特性的修改设备为计算机设备为例，对间接轴系扭振动态特性的修改方法进行说明。如图1所示，本实施例包括如下步骤：

S110、确定目标动力装置中待测结构的第一动柔度数据。

在实施例中，待测结构指的是目标动力装置中需要被测试的部分结构。图2是本申请实施例提供的一种目标动力装置的结构示意图。如图2所示，将目标动力装置人为分解为待测结构和加载结构两个部分。

在实施例中，待测结构的第一动柔度数据可以通过实际测量得到。在一实施例中，确定目标动力装置中待测结构的第一动柔度数据，包括：获取目标动力装置中加载结构的冲击扭矩载荷；确定目标动力装置中待测结构的角加速度；根据角加速度和冲击扭矩载荷产生的内部载荷确定待测结构的第一动柔度数据。在实际操作过程中，利用加载结构产生一定的冲击扭矩载荷，其中，加载结构的冲击扭矩载荷的产生方式，包括下述之一：加载结构的突加负荷；加载结构的突卸负荷；敲击加载结构的边缘。可以理解为，冲击扭矩载荷可以通过加载结构的突加或者突卸负荷实现，也可以通过敲击加载结构的边缘方式实现，对此并不进行限定。在目标动力装置的轴系在承受到加载结构部分施加的冲击扭矩载荷之后，可以产生一定的内部载荷。然后，对待测结构的某处位置的角加速度进行测量，根据内部载荷和角加速度即可得到待测结构的第一动柔度数据。

S120、建立待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型。

S130、根据第一动柔度数据和附加轴系结构的动柔度矩阵确定待测结构和附加轴系结构所组成的组合轴系的第二动柔度数据。

S140、判断第二动柔度数据所对应的动力学特性参数是否满足目标动力学特性参数，若不满足，返回执行建立待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型的步骤，直至满足目标动力学特性参数；若满足，执行S150。

S150、结束。

在实施例中，通过直接利用待测结构与附加轴系的连接点的动柔度数据，无需搭建待测结构的动力学模型，从而待测结构与附加轴系结构所组成的组合轴系的动柔度数据只与附加轴系结构的动力学模型有关，并通过不断修正之后，可以精确地计算出组合轴系的动柔度，避免了组合轴系扭振共振，保障了轴系安全。

在一实施例中，待测结构和加载结构之间的轴段截面尺寸和材料是已知的。为了便于测试加载结构的冲击扭矩载荷，在实施例中，在确定目标动力装置之后，对待测结构和加载结构之间的轴段截面尺寸进行测量，以及对待测结构和加载结构的材料进行检测，以得到待测结构和加载结构之间的轴段截面尺寸和材料。

在一实施例中，在待测结构与加载结构之间的轴段截面粘贴应变片。在实施例中，在目标动力装置的轴系承受到加载结构部分施加的冲击扭矩载荷后，在待测结构的某处位置产生内部载荷。在实际操作过程中，可以通过应变片胶将专用的测扭矩应变片粘贴在待测结构和加载结构的连接处的背侧弹性轴上，以组成应变桥，并可以测得该弾性轴受扭的电信号，通过采用应变桥方式，消除轴向力和弯曲力对于扭矩的干扰。

在一实施例中，角加速度的测量位置与内部载荷的产生位置相同；或者，角加速度的测量位置与内部载荷的产生位置不相同。

在一实施例中，目标动力学特性参数包括：目标动力装置的转速；目标动力装置的激励特性。在实施例中，在确定目标动力装置中待测结构的第一动柔度数据之前，需确定目标动力装置的目标动力学特性参数，即目标动力装置的转速以及激励特性，从而根据目标动力学特性参数确定组合轴系扭矩振动的动柔度设计的边界条件。可以理解为，目标动力学特性参数指的是扭矩振动需要避开的固有频率、波动扭矩载荷传递以及响应关注位置等。

在一实施例中，图3是本申请实施例提供的另一种间接轴系扭振动态特性的修改方法的流程图。如图3所示，本实施例包括如下步骤：

S210、划分目标动力装置的待测结构和加载结构。

S220、测量待测结构的第一动柔度数据。

S230、建立附加轴系结构的仿真模型。

S240、修正组合轴系的轴系扭振动力学特性。

S250、是否满足轴系扭振动力学特性设计需求，若是，则执行S260；若否，则返回S230。

S260、组合轴系的扭矩振动修改方案。

在实施例中，首先确定目标动力装置的动力学特性设计需求，可以包括目标动力装置的转速以及激励特性，确定目标动力装置的轴系扭振动力学需要满足的特征，主要是避开固有频率、波动扭矩载荷传递以及响应关注位置。

然后，将目标动力装置的轴系分解为待测结构和加载结构两个部分，其中，待测结构和加载结构之间的轴段截面尺寸已知以及材料已知，并且，在其表面有足够空间，以用于粘贴应变片；在加载结构部分，可以产生一定的冲击扭矩载荷，其中，冲击扭矩载荷可以通过加载结构的突加或突卸负荷实施，也可以在加载结构的边缘进行敲击实现，对此并不进行限定。

然后，在目标动力装置的轴系承受到加载结构部分施加的冲击扭矩载荷之后，在加载结构和待测结构之间的连接处(如图2中的位置D)产生内部载荷。

然后，在待测结构的位置E处测量角加速度。其中，对所测量的角加速度的位置不作限定，即位置E和位置D可以属于同一个位置，也可以不属于同一个位置。当然，在实际操作过程中，位置D的内部载荷和位置E的角加速度可以同时进行测量。在得到角加速度和内部载荷之后，可以得到待测结构的动柔度(即上述实施例中的第一动柔度数据)，用于评估待测结构的扭振特性。

然后，建立附加轴系结构的仿真模型，并计算得到附加轴系结构的动柔度矩阵，然后将附加轴系结构和待测结构组合成一个组合轴系。对于组合轴系中的待测结构部分单独进行受力分析，并采用两端参数法，计算得到组合结构在位置D和位置E的动柔度数据(即第二动柔度数据)，用于评估待测结构在增加了附加轴系结构之后的新结构的动力学特性(即组合结构的动力学特性)。其中，附加轴系结构的形式不作限定，可以准确建模即可。由于待测结构的第一动柔度数据是通过实际测量得到的，除了测量误差，与实际状态是一致的。同时，附加轴系结构由于结构简单，仿真精度高，从而保证了组合轴系的测量精确性，可以有效降低轴系修改成本。

需要说明的是，第二动柔度数据的测量过程，包括：计算附加轴系结构的动柔度矩阵，结合第一动柔度数据和动柔度矩阵得到组合轴系结构的动柔度方程，计算组合轴系结构的动柔度方程，即可得到组合轴系结构的动柔度数据(即第二动柔度数据)。其中，附加轴系结构的动柔度矩阵和组合轴系结构的动柔度方程可参见现有技术中纵向振动动柔度的轴系的设计方法中的实现方式，在此不再赘述。

最后，将目标动力学特性参数作为输入，通过不断迭代，对附加轴系结构进行优化设计，同时结合实际应用中的成本、使用维护、空间尺寸和重量等限制条件，完成附加轴系结构的设计，从而保证了组合轴系满足目标动力学特性参数的目的。

应该理解的是，虽然图1和图3中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1和图3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一实施例中，图4是本申请实施例提供的一种间接轴系扭振动态特性的修改装置的结构框图。如图4所示，提供了一种间接轴系扭振动态特性的修改装置，包括：第一确定模块310、建立模块320、第二确定模块330和判断执行模块340，其中：

第一确定模块310，用于确定目标动力装置中待测结构的第一动柔度数据；

建立模块320，用于建立待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型；

第二确定模块330，用于根据第一动柔度数据和附加轴系结构的动柔度矩阵确定待测结构和附加轴系结构所组成的组合轴系的第二动柔度数据；

判断执行模块340，用于判断第二动柔度数据所对应的动力学特性参数是否满足目标动力学特性参数，若不满足，返回执行建立待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型的步骤，直至满足目标动力学特性参数。

在一实施例中，第一确定模块310，包括：

获取单元，用于获取目标动力装置中加载结构的冲击扭矩载荷；

第一确定单元，用于确定目标动力装置中待测结构的角加速度；

第二确定单元，用于根据角加速度和冲击扭矩载荷产生的内部载荷确定待测结构的第一动柔度数据。

在一实施例中，待测结构和加载结构之间的轴段截面尺寸和材料是已知的。

在一实施例中，加载结构的冲击扭矩载荷的产生方式，包括下述之一：加载结构的突加负荷；加载结构的突卸负荷；敲击加载结构的边缘。

在一实施例中，在待测结构与加载结构之间的轴段截面粘贴应变片。

在一实施例中，角加速度的测量位置与内部载荷的产生位置相同；或者，角加速度的测量位置与内部载荷的产生位置不相同。

在一实施例中，目标动力学特性参数包括：目标动力装置的转速；目标动力装置的激励特性。

关于间接轴系扭振动态特性的修改装置的具体限定可以参见上文中对于间接轴系扭振动态特性的修改方法的限定，在此不再赘述。上述间接轴系扭振动态特性的修改装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于间接轴系扭振动态特性的修改设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于间接轴系扭振动态特性的修改设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

图5是本申请实施例提供的一种间接轴系扭振动态特性的修改设备的硬件结构示意图。如图5所示，本申请实施例提供的间接轴系扭振动态特性的修改设备，包括：存储器410和处理器420。该间接轴系扭振动态特性的修改设备中的处理器420可以是一个或多个，图5中以一个处理器420为例，间接轴系扭振动态特性的修改设备中的存储器410和处理器420可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

该间接轴系扭振动态特性的修改设备中的存储器410作为一种计算机可读存储介质，可用于存储一个或多个程序，程序可以是软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请中上述实施例所提供的间接轴系扭振动态特性的修改模块对应的程序指令/模块(例如，图4所示的间接轴系扭振动态特性的修改装置中的模块，包括：第一确定模块310、建立模块320、第二确定模块330和判断执行模块340)。处理器420通过运行存储在存储器410中的软件程序、指令以及模块，从而执行间接轴系扭振动态特性的修改设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中间接轴系扭振动态特性的修改方法。

存储器410可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等。此外，存储器410可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器410可进一步包括相对于处理器420远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

并且，当上述间接轴系扭振动态特性的修改设备所包括一个或者多个程序被一个或者多个处理器420执行时，程序进行如下操作：

确定目标动力装置中待测结构的第一动柔度数据；

建立待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型；

根据第一动柔度数据和附加轴系结构的动柔度矩阵确定待测结构和附加轴系结构所组成的组合轴系的第二动柔度数据；

判断第二动柔度数据所对应的动力学特性参数是否满足目标动力学特性参数，若不满足，返回执行建立待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型的步骤，直至满足目标动力学特性参数。

上述间接轴系扭振动态特性的修改设备可执行本申请任意实施例所提供的间接轴系扭振动态特性的修改方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

在一实施例中，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本申请实施例提供的间接轴系扭振动态特性的修改方法，该方法包括：

确定目标动力装置中待测结构的第一动柔度数据；

建立待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型；

根据第一动柔度数据和附加轴系结构的动柔度矩阵确定待测结构和附加轴系结构所组成的组合轴系的第二动柔度数据；

判断第二动柔度数据所对应的动力学特性参数是否满足目标动力学特性参数，若不满足，返回执行建立待测结构所对应附加轴系结构的仿真模型的步骤，直至满足目标动力学特性参数。

本申请实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是，但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。