(19)中华 人民共和国 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 202111426549.3 (22)申请日 2021.11.25 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人 黄贤振　刘慧珍　丁鹏飞　姜智元　 赵成英　李尚杰　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 代理人 李在川 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种冲击载荷下的隔冲器时变可靠性分析 方法 (57)摘要 本发明提供一种冲击载荷下的隔冲器时变 可靠性分析方法， 以隔冲器上平台为研究对象建 立隔冲器上平台的动力学方程， 得到冲击载荷下 的隔冲器上平台动态响应解析式， 利用仿真、 试 验手段验证隔冲器动态响应解析式的有效性， 根 据有效的动态响应解析式确定隔冲器冲击环境 下的极限状态方程并利用参数化仿真模型得到 极限状态方程的设计变量， 利用时变可靠性分析 隔冲器在冲击载荷下的时变可靠性， 该方法利用 冲击载荷激励下得到的动力学响应作为隔冲器 隔冲性能的衡量指标， 考虑隔冲器结构参数的不 确定性， 计算相应的时间观察域内的隔冲器的时 变可靠性， 适用于其他并联隔冲器， 可 以提高隔 冲器的可靠性和稳定性， 降低精密设备损伤， 减 少经济损失。 权利要求书2页 说明书9页 附图6页 CN 114091207 A 2022.02.25 CN 114091207 A 1.一种冲击载荷下的隔冲器时变可靠性分析 方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1： 以隔冲器上平台为研究对象， 根据空间坐标变换表示方法和多维隔冲的基本原 理， 建立隔冲器上平台的动力学 方程； 步骤2： 利用模态分析法对动力学方程解耦， 得到冲击载荷下的隔冲器上平台动态响应 解析式； 步骤3： 验证隔冲器动态响应解析式的有效性， 根据有效的隔冲器动态响应解析式确定 隔冲器冲击环境下的极限状态方程； 步骤4： 建立 参数化隔冲器仿真模型， 得到影响隔冲器动态响应的结构参数； 步骤5： 将影响隔冲器动态响应的结构参数作为极限状态方程的设计变量， 利用时变可 靠性分析隔冲器在冲击载荷下的时变可靠性。 2.根据权利要求1所述的一种冲击载荷下的隔冲器时变可靠性分析方法， 其特征在于， 所述步骤1中隔冲器上平台的动力学 方程表示 为： 式中， F、 MF分别为隔冲器受到的冲击力、 力矩向量， m、 k、 c分别是广义质量、 刚度、 阻尼矩 阵， q表示隔冲器上平台相对于基平台的广义坐标， q＝[xu,yu,zu, αu, βu,γu]T， 其中xu、 yu、 zu 分别为上平台相对于基平台的三个平动坐标， αu、 βu、 γu为上平台相对于基平台的三个旋转 坐标。 3.根据权利要求1所述的一种冲击载荷下的隔冲器时变可靠性分析方法， 其特征在于， 所述步骤2包括： 步骤2.1： 利用模态分析法， 建立具有6自由度的隔冲器上平台的正则模态方程； 步骤2.2： 利用正则模态矩阵相对于广义质量、 广义刚度矩阵的正交性， 将隔冲器上平 台的正则模态方程 转化为6个相互独立的单自由度控制方程； 步骤2.3： 求解相互独立的控制方程得到冲击载荷下的隔冲器上平台正则模态坐标下 的动态响应解析式； 步骤2.4： 利用模态坐标与广义坐标间的变换关系， 得到隔冲器上平台在广义坐标下的 动态响应解析式。 4.根据权利要求1所述的一种冲击载荷下的隔冲器时变可靠性分析方法， 其特征在于， 所述步骤3包括： 步骤3.1： 建立隔冲器的仿真模型， 通过施加冲击载荷激励f(t)生成冲击环境下的动态 响应仿真曲线L1； 步骤3.2： 将施加冲击载荷激励f(t)作 为隔冲器动态响应解析式的激励， 利用隔冲器动 态响应解析式得到动态响应仿真曲线L2； 步骤3.3： 当曲线L2与曲线L1各个时间点的动态响应值的相对偏差在设定阈值δ内时， 认为隔冲器动态响应解析式具有有效性， 否则认为隔冲器动态响应解析式无效， 需要重新 返回步骤1进行隔冲器上平台建模分析； 步骤3.4： 搭建隔冲器试验台， 利用 冲击试验机生成冲击载荷， 得到真实冲击环境下的 动态响应曲线L3； 步骤3.5： 将冲击试验机生成的冲击载荷作为隔冲器动态响应解析式的激励， 利用隔冲权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114091207 A 2器动态响应解析式得到动态仿真曲线L 4； 步骤3.6： 当曲线L3与曲线L4各个时间点的动态响应值的相对偏差在设定阈值δ'内时， 认为隔冲器动态响应解析式具有有效性， 否则认为隔冲器动态响应解析式无效， 需要重新 返回步骤1进行隔冲器上平台建模分析； 步骤3.7： 根据有效的隔冲器动态响应解析式确定隔冲器冲击环境下的极限状态方程G (S,t)： G(S,t)＝qs‑q(S,t) 式中， q(S,t)为冲击 载荷下隔冲器的动态响应； S为隔冲器的设计参数； qs为冲击响应阈 值。 5.根据权利要求1所述的一种冲击载荷下的隔冲器时变可靠性分析方法， 其特征在于， 所述步骤4包括： 步骤4.1： 利用仿真软件将隔冲器结构参数设置为变量， 基于变量建立参数化隔冲器模 型； 步骤4.2： 改变隔冲器上、 基平台的垂向高度， 保持隔冲器仿真模型结构参数和其他条 件不变， 得到隔冲器动态响应随隔冲器上、 基平台垂向高度的变化规律， 并对隔冲器的其他 结构参数进行动态响应分析， 确定影响隔冲器动态响应的结构参数。 6.根据权利要求1所述的一种冲击载荷下的隔冲器时变可靠性分析方法， 其特征在于， 所述步骤5包括： 步骤5.1： 利用拉丁超立方抽样方法得到极限状态方程的初始样本集； 步骤5.2： 将样本集中每个样本作为极限状态方程的输入， 利用全局优化HHO算法得到 时间观察 域上的极小值； 步骤5.3： 根据所有样本的最小值利用MCS方法得到时变可靠性的估计值， 通过估计值 来表征隔冲器在冲击载荷下的时变可靠性。 7.根据权利要求3所述的一种冲击载荷下的隔冲器时变可靠性分析方法， 其特征在于， 所述步骤2.3中的冲击载荷下的隔冲器上平台正则模态坐标 下的动态响应解析式为： 式中， t为表示时间， qN为隔冲器上平台在模态坐标下的动态响应解， qN＝[qN1,qN2,..., qN6]， UN为正则模态矩阵， r＝1,2, …,6， ωdr为隔振器阻尼固有频率， ωnr为主 频率向量的各个方向的分量， qN(0)、 分别是正则模态坐标下的初始位移、 初始速度， F 为隔冲器受到的冲击力， ξr为隔冲器的模态阻尼比。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114091207 A 3