一种超导磁体地面随机振动试验方法与流程 专利技术说明

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及超导磁体地面试验技术领域，尤其涉及一种超导磁体地面随机振动试验方法。背景技术：2.超导磁体是电磁推进装置的动力源，可以为推进器提供强大的磁场。超导线圈为超导磁体的关键部件，工作时处于极低温、强磁场环境，对于振动量级较为敏感，振动量级过高将导致超导磁体失效。3.目前，若依据通用的设备随机振动环境对超导磁体进行考核，易出现考核量级过大现象，无法准确评价超导磁体在运行工况下的性能；若在实际运行工况下进行超导磁体性能测试，成本极高。技术实现要素：4.本发明提供了一种超导磁体地面随机振动试验方法，能够解决现有技术中无法在低成本的情况下对超导磁体进行地面随机振动试验的技术问题。5.根据本发明的一方面，提供了一种超导磁体地面随机振动试验方法，所述方法包括：6.建立超导磁体的有限元模型；7.将运行工况的时域载荷加载到超导磁体的有限元模型上，获取超导线圈的时域响应数据；8.基于超导线圈的时域响应数据获取超导线圈的时域响应功率谱；9.将恒值随机振动谱加载到超导磁体的有限元模型上，获取超导线圈的随机响应谱；10.基于超导线圈的时域响应功率谱和超导线圈的随机响应谱获取各个频率下的幅值比；11.基于恒值随机振动谱和各个频率下的幅值比获取超导磁体的地面随机振动试验谱；12.基于超导磁体的地面随机振动试验谱对超导磁体进行地面随机振动试验。13.优选的，通过下式获取各个频率下的幅值比：[0014][0015]式中，ζ(f)为频率为f时的幅值比，pf(f)为超导线圈的时域响应功率谱，p0(f)为超导线圈的随机响应谱，f1为超导线圈考核频率的下边界，f2为超导线圈考核频率的上边界，f为超导线圈的当前考核频率。[0016]优选的，通过下式获取超导磁体的地面随机振动试验谱：[0017]hp(f)＝ζ(f)h0(f),f1≤f≤f2；[0018]式中，hp(f)为超导磁体的地面随机振动试验谱，h0(f)为恒值随机振动谱。[0019]优选的，基于超导线圈的时域响应数据获取超导线圈的时域响应功率谱包括：[0020]将超导线圈的时域响应数据分成l段；[0021]获取每段时域响应数据对应的窗函数；[0022]将每个窗函数加到对应段的时域响应数据上，获取每段时域响应数据对应的周期图；[0023]基于每段时域响应数据对应的周期图获取超导线圈的时域响应功率谱。[0024]优选的，通过下式获取每段时域响应数据对应的周期图：[0025][0026]式中，ii(ω)为第i段时域响应数据对应的周期图，ω为圆频率，u为归一化因子，xi(n)为第i段时域响应数据，w(n)为窗函数，n为第i段的第n个时域响应数据，m为第i段时域响应数据的数据个数，l为时域响应数据的总段数。[0027]优选的，通过下式获取超导线圈的时域响应功率谱：[0028][0029]式中，pf(f)为超导线圈的时域响应功率谱，l为时域响应数据的总段数，ii(2πf)为第i段时域响应数据对应的周期图，f1为超导线圈考核频率的下边界，f2为超导线圈考核频率的上边界，f为超导线圈的当前考核频率。[0030]优选的，将恒值随机振动谱加载到超导磁体的有限元模型上，获取超导线圈的随机响应谱包括：[0031]基于地面随机振动试验的边界条件获取恒值随机振动谱；[0032]将恒值随机振动谱加载到超导磁体的有限元模型上，获取超导线圈的随机响应谱。[0033]优选的，通过下式获取恒值随机振动谱：[0034]h0(f)＝1,f1≤f≤f2；[0035]式中，h0(f)为恒值随机振动谱，f1为超导线圈考核频率的下边界，f2为超导线圈考核频率的上边界，f为超导线圈的当前考核频率。[0036]根据本发明的另一方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一所述方法。[0037]应用本发明的技术方案，首先建立超导磁体的有限元模型，然后基于超导线圈运行工况下的时域响应功率谱和随机响应谱获取各个频率下的幅值比，并基于恒值随机振动谱和各个频率下的幅值比获取超导磁体的地面随机振动试验谱，最后基于超导磁体的地面随机振动试验谱对超导磁体进行地面随机振动试验。本发明实现了针对性制定不同工况下的超导磁体线圈地面随机振动试验条件，最大程度减少了地面振动通用试验谱的过考核，使得超导磁体性能可针对不同运行工况进行有效提升，进而提升超导磁体设计迭代效率。附图说明[0038]所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0039]图1示出了根据本发明的具体实施例提供的超导磁体地面随机振动试验方法的流程图。具体实施方式[0040]需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0041]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。[0042]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。[0043]如图1所示，本发明提供了一种超导磁体地面随机振动试验方法，所述方法包括：[0044]s10、建立超导磁体的有限元模型；[0045]s20、将运行工况的时域载荷加载到超导磁体的有限元模型上，获取超导线圈的时域响应数据；[0046]s30、基于超导线圈的时域响应数据获取超导线圈的时域响应功率谱；[0047]s40、将恒值随机振动谱加载到超导磁体的有限元模型上，获取超导线圈的随机响应谱；[0048]s50、基于超导线圈的时域响应功率谱和超导线圈的随机响应谱获取各个频率下的幅值比；[0049]s60、基于恒值随机振动谱和各个频率下的幅值比获取超导磁体的地面随机振动试验谱；[0050]s70、基于超导磁体的地面随机振动试验谱对超导磁体进行地面随机振动试验。[0051]本发明首先建立超导磁体的有限元模型，然后基于超导线圈运行工况下的时域响应功率谱和随机响应谱获取各个频率下的幅值比，并基于恒值随机振动谱和各个频率下的幅值比获取超导磁体的地面随机振动试验谱，最后基于超导磁体的地面随机振动试验谱对超导磁体进行地面随机振动试验。本发明实现了针对性制定不同工况下的超导磁体线圈地面随机振动试验条件，最大程度减少了地面振动通用试验谱的过考核，使得超导磁体性能可针对不同运行工况进行有效提升，进而提升超导磁体设计迭代效率。[0052]根据本发明的一种实施例，在本发明的s10中，根据超导磁体的结构参数建立超导磁体的有限元模型。[0053]根据本发明的一种实施例，在本发明的s30中，基于超导线圈的时域响应数据获取超导线圈的时域响应功率谱包括：[0054]s31、将超导线圈的时域响应数据分成l段；[0055]s32、获取每段时域响应数据对应的窗函数；[0056]s33、将每个窗函数加到对应段的时域响应数据上，获取每段时域响应数据对应的周期图；[0057]s34、基于每段时域响应数据对应的周期图获取超导线圈的时域响应功率谱。[0058]根据本发明的一种实施例，在本发明的s33中，通过下式获取每段时域响应数据对应的周期图：[0059][0060]式中，ii(ω)为第i段时域响应数据对应的周期图，ω为圆频率，u为归一化因子，xi(n)为第i段时域响应数据，w(n)为窗函数，n为第i段的第n个时域响应数据，m为第i段时域响应数据的数据个数，l为时域响应数据的总段数。[0061]其中，第i段时域响应数据xi(n)可表示为下式：[0062]xi(n)＝x(n+im-m),0≤n≤m,1≤i≤l；[0063]归一化因子可表示为下式：[0064][0065]根据本发明的一种实施例，在本发明的s34中，通过下式获取超导线圈的时域响应功率谱：[0066][0067]式中，pf(f)为超导线圈的时域响应功率谱，l为时域响应数据的总段数，ii(2πf)为第i段时域响应数据对应的周期图，f1为超导线圈考核频率的下边界，f2为超导线圈考核频率的上边界，f为超导线圈的当前考核频率。[0068]其中，超导线圈的时域响应功率谱还可以表示为下式：[0069][0070]式中，p(ejω)为超导线圈的时域响应功率谱。[0071]根据本发明的一种实施例，在本发明的s40中，将恒值随机振动谱加载到超导磁体的有限元模型上，获取超导线圈的随机响应谱包括：[0072]s41、基于地面随机振动试验的边界条件获取恒值随机振动谱；[0073]s42、将恒值随机振动谱加载到超导磁体的有限元模型上，获取超导线圈的随机响应谱。[0074]根据本发明的一种实施例，在本发明的s41中，通过下式获取恒值随机振动谱：[0075]h0(f)＝1,f1≤f≤f2；[0076]式中，h0(f)为恒值随机振动谱，f1为超导线圈考核频率的下边界，f2为超导线圈考核频率的上边界，f为超导线圈的当前考核频率。[0077]也就是说，根据地面随机振动试验的边界条件，可以加载幅值恒为1g2/hz的随机振动谱。[0078]根据本发明的一种实施例，在本发明的s50中，通过下式获取各个频率下的幅值比：[0079][0080]式中，ζ(f)为频率为f时的幅值比，pf(f)为超导线圈的时域响应功率谱，p0(f)为超导线圈的随机响应谱，f1为超导线圈考核频率的下边界，f2为超导线圈考核频率的上边界，f为超导线圈的当前考核频率。[0081]根据本发明的一种实施例，在本发明的s60中，通过下式获取超导磁体的地面随机振动试验谱：[0082]hp(f)＝ζ(f)h0(f),f1≤f≤f2；[0083]式中，hp(f)为超导磁体的地面随机振动试验谱，h0(f)为恒值随机振动谱。[0084]本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一所述方法。[0085]在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。[0086]为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。[0087]此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。[0088]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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