(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 20221084585 6.3 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 江苏科技大学 地址 212008 江苏省镇江市梦溪路2号 (72)发明人 昝浩　倪帅龙　梅港伟　蒋捷　 胡寅　郭有松　彭子龙　 (74)专利代理 机构 南京正联知识产权代理有限 公司 32243 专利代理师 李寰 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种颗粒阻尼动力吸振器耦合数值计算方 法 (57)摘要 本发明属于减振降噪领域， 具体地说， 是一 种颗粒阻尼动力吸振器耦合数值计算方法， 使用 MBD和DEM算法分别对每个机械部分和每个颗粒 的运动方程进行数值积分析， 用直接积分法将二 阶运动微分方程转化为一阶微分方程， 然后用龙 格‑库塔方法求解初值， 再用耦合多体动力学和 离散元模型计算， 本发明采用了多体动力学和离 散元耦合的方法， 从多体动力学和离散元的原理 出发， 所建立的颗粒阻尼动力吸振器耦合方法， 结果准确， 能够充分的反映出结构 的运动状态， 为颗粒阻尼动力吸振器计算研究提供有效的技 术支持。 权利要求书3页 说明书5页 附图3页 CN 115081146 A 2022.09.20 CN 115081146 A 1.一种颗粒阻尼动力吸振器耦合数值计算方法， 其特征在于， 使用MBD和DEM算法分别 对每个机械部 分和每个颗粒的运动方程进 行数值积分析， 用直接积分法将二阶运动微分方 程转化为一阶微分方程， 然后用龙格 ‑库塔方法求解初值， 再用耦合多体动力学和离散元模 型计算。 2.根据权利要求1所述的颗粒阻尼动力吸振器耦合数值计算方法， 其特征在于， 具体包 括以下步骤： 步骤一、 给出了机械部件和阻尼颗粒的几何参数和材料特性， 并设置了初始条件和边 界条件， MBD计算tMBD、 DEM计算tDEM的物理时间， 在计算 开始时设置为 零； 步骤二、 由于MBD计算的时间步长ΔtMBD大于DEM计算的时间步长ΔtDEM， 因此DEM计算首 先开始， 并遵循DE M循环； 步骤三、 DEM将机械零件上的等效颗粒力传递给MBD， 在DEM循环之间的每个MBD时间步 长执行MBD循环方案 。 3.根据权利要求2所述的颗粒阻尼动力吸振器耦合数值计算方法， 其特征在于， 所述步 骤二中， DE M循环流程如下： 流程a、 通过接触算法计算颗粒之间以及颗粒与机 械零件之间的接触位移； 流程b、 利用方程式确定 接触力： 流程c、 计算每 个颗粒的线加速度和角加速度； 流程d、 更新每 个颗粒的位置和速度； 流程e、 如果DEM计算tDEM的物理时间小于下一个MBD步骤的物理时间， 计算仍然遵循DEM 循环， 从流 程a重复到流 程d， 否则， 调用MBD方案， 计算 转到步骤三。 4.根据权利要求3所述的颗粒阻尼动力吸振器耦合数值计算方法， 其特征在于， 所述步 骤二中DE M循环的流 程b利用方程式确定 接触力， 具体方法如下： 颗粒在离散元DEM中， 每个颗粒的运动由颗粒i表示， 遵守牛顿第二运动定律： 方程(1) 描述质心G的平 移运动， 方程(2)描述整个质点的旋转 运动： 其中m(i)是颗粒i的质量， I(i)是相应的关于质心G的质量惯性矩， 是颗粒i的位置矢 量， 是平移加速度， 是角速度， 是角加速度， 是i在接触点的接触力 作用在颗粒 j， 是重力加速度， 上的接触点颗粒的位置向量 i在接触j； 颗粒间接触的判据 为 否则为无接触， 同样， 颗粒 ‑壁面接触的接触判据由 给出， 否则为无接触， 在上述不等式中， 为颗粒j的位置向量， 为接触点在 壁上的位置向量， ri， rj分别表示颗粒i和j的半径； 考虑两个接触的颗粒， 即颗粒i和j， mi和mj分别表示颗粒i、 j的质量； ri和rj表示这些颗 粒各自的半径； 分别定义m*和r*为等效质量和半径， 表示为m*＝mimj/(mi+mj)和r*＝rirj/(ri+ rj)， 两个颗粒具有相同的材料性质， 剪切模量为G， 泊松比为v， 当颗粒i与颗粒j以非零的相权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115081146 A 2对速度斜 向碰撞时， 颗粒i与颗粒j之间存在接触力， 作用在颗粒 上的接触力包括法向 分量 和切向分量 表示为： 各分量用弹簧力和阻尼力之和表示， 表示 为： Fcn＝Fcn， s+Fcn， d             (4) Fct＝Fct， s+Fct， d                (5) 在法向上， 式(4)中的Fcn， s， Fcn， d分别为法向弹簧力和法向阻尼力； 式中， δn为法向接 触位移， 为相对法向速度， ξn为法向阻尼比， kn为法向接 触刚度， 在切 向方向上， 式5中的Fct， s， Fct， d分别为切向弹簧力和 切向阻尼力， 表示 为： Fct， s＝Fct， s， (n‑1)+ΔFct， s            (8) ΔFct， s和Fct， s， (n‑1)分别为当前和之前时间步长的切向弹簧力， ΔFct， s为切向弹簧力的 增量， ξt为切向阻尼比， kt为切向接触刚度， 为相对切向速度， 增量ΔFct， s进一步由ΔFct， s ＝‑ksΔ δt给出， Δ δt为增量切向位移， 表示 为 其中Δt为时间步长； 令ξn＝ξt＝ξ， ξ表示为 其中e为恢复系数， kn和kt进一步表示 为： 切向力受库仑摩擦定律限制， 其表达式为： |Fct|≤ μFcn               (11) 其中μ是摩擦系数， 该接触力模型所需的参数包括剪切模量(G)、 泊松比(v)、 颗粒间的 摩擦系数( μb)、 颗粒与机械部件之间的摩擦系数( μw)、 颗粒间的恢复系数(eb)、 颗粒与机械 部件之间的恢复系数(ew)。 5.根据权利要求4所述的颗粒阻尼动力吸振器耦合数值计算方法， 其特征在于， 所述步 骤二中， 根据牛 顿力学方程， 含颗粒阻尼动力吸振器方程表示 为下式： 在方程式(12)中， FCV(t)分别表示颗粒对盒的垂直 合力， 如式(13)所示： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115081146 A 3