%% newmark method;linear systems;five degree freedom,纽马克方法;线性系统;八个自由度
%% A、初始计算
%振动常微分非齐次方程: M*x''+C*x'+K*x=F
clc
clear all
close
x0=[0 0 0 0 0 0]; %初位移
v0=[0 0 0 0 0 0]; %初速度
x(:,1)=x0;
v(:,1)=v0;
dt=1/2000; %时间步长
time=20;
beta=0.25; %参数设置 beta>=1/4*(delta+1/2)^2
delta=0.5; %delta>=0.5
%1、初始计算
mp=157;ms=538;mr=1422;jc=146/(0.326)^2;jr=1422/(0.538)^2; jp=5/(0.213)^2; js=538/(0.114)^2;zr=104;
aa=pi*5/36;%压力角
M=diag([jc+3*mp jr js jp jp jp]);
kct=0;kst=0;krt=1*10^9;
Ts=1579;Tc=2400;
%%
b0=1/(beta*dt^2); %积分常数
b1=delta/(beta*dt);
b2=1/(beta*dt);
b3=1/(2*beta)-1;
b4=delta/beta-1;
b5=dt/2*(delta/beta-2);
b6=dt*(1-delta);
b7=dt*delta;
ksm=5*10^8;krm=ksm*10;
cs=2*0.07*sqrt(ksm*ms*mp/(ms+mp));
cr=2*0.07*sqrt(krm*mr*mp/(mr+mp));
%% B、每一时间增量计算
k=1;ratio=1;
for tt=0:dt:time-dt
w=15/60;
ws=w*5.7;
T=1./(w*zr);
kb=diag([kct krt kst 0 0 0]);
%[ks11, ks22, ks33]= meshstiffness(tt,T);
ks11=(5+5/pi*sin(2*pi*(2-tt/T)))*10^8;%-5/pi*sin(2*pi*(0.5-tt/T)))*10^8;
%dks1=(5+5/pi*sin(2*pi*(2-tt*ws))-5/pi*sin(2*pi*(0.5-tt*ws)))*10^8;
ks1=ks11%+(1-ratio)*dks1;
kr1=(5+5/pi*sin(2*pi*(1-tt/T)))*10^9;%-5/pi*sin(2*pi*(0.5-tt/T)))*10^9;
ks22=(5+5/pi*sin(2*pi*(2-tt/T)))*10^8%-5/pi*sin(2*pi*(0.5-tt/T)))*10^8;
%dks2=(5+5/pi*sin(2*pi*(2-tt*ws))-5/pi*sin(2*pi*(0.5-tt*ws)))*10^8;
ks2=ks22%+(1-ratio)*dks2;
kr2=(5+5/pi*sin(2*pi*(-1-tt/T)))*10^9%-5/pi*sin(2*pi*(-1.5-tt/T)))*10^9;
ks33=(5+5/pi*sin(2*pi*(3-tt/T)))*10^8%-5/pi*sin(2*pi*(2.5-tt/T)))*10^8;
%dks3=(5+5/pi*sin(2*pi*(3-tt*ws))-5/pi*sin(2*pi*(2.5-tt*ws)))*10^8;
ks3=ks33%+(1-ratio)*dks3;
kr3=(5+5/pi*sin(2*pi*(-3-tt/T)))*10^9%-5/pi*sin(2*pi*(-3.5-tt/T)))*10^9;
%
k11=(ks1+ks2+ks3)*(cos(aa))^2+(kr1+kr2+kr3)*(cos(aa))^2;
k12=-(kr1+kr2+kr3)*cos(aa);k13=-(ks1+ks2+ks3)*cos(aa);k14=kr1*cos(aa)-ks1*cos(aa);
k15=kr2*cos(aa)-ks2*cos(aa);k16=kr3*cos(aa)-ks3*cos(aa);
k22=(kr1+kr2+kr3);k23=0;k24=-kr1;k25=-kr2;k26=-kr3;k33=(ks1+ks2+ks3);k34=ks1;k35=ks2;k36=ks3;
k44=kr1+ks2;k45=0;k46=0;k55=kr2+ks2;k56=0;k66=kr2+ks3;
k21=k12;k31=k13;k32=k23;k41=k14;k42=k24;k43=k34;k51=k15;k52=k25;k53=k35;k54=k45;
k61=k16;k62=k26;k63=k36;k64=k46;k65=k56;
Kt=[k11 k12 k13 k14 k15 k16;k21 k22 k23 k24 k25 k26;k31 k32 k33 k34 k35 k36; ...
k41 k42 k43 k44 k45 k46;k51 k52 k53 k54 k55 k56;k61 k62 k63 k64 k65 k66];
%
c11=3*cs*(cos(aa))^2+3*cr*(cos(aa))^2;c12=-3*cr*cos(aa);c13=-3*cs*cos(aa);c14=cr*cos(aa)-cs*cos(aa);
c15=cr*cos(aa)-cs*cos(aa);c16=cr*cos(aa)-cs*cos(aa);
c22=3*cr;c23=0;c24=-cr;c25=-cr;c26=-cr;c33=3*cs;c34=cs;c35=cs;c36=cs;
c44=cr+cs;c45=0;c46=0;c55=cr+cs;c56=0;c66=cr+cs;
c21=c12;c31=c13;c32=c23;c41=c14;c42=c24;c43=c34;c51=c15;c52=c25;c53=c35;c54=c45;
c61=c16;c62=c26;c63=c36;c64=c46;c65=c56;
C=[c11 c12 c13 c14 c15 c16;c21 c22 c23 c24 c25 c26;c31 c32 c33 c34 c35 c36; ...
c41 c42 c43 c44 c45 c46;c51 c52 c53 c54 c55 c56;c61 c62 c63 c64 c65 c66];
%
K1=b0*M+Kt+b1*C; %等效刚度矩阵
f0(:,k)=[-Tc 0 0 0 0 0]; %外扰力
f0(:,k+1)=[-Tc 0 0 0 0 0];
a(:,1)=M\(f0(:,1)-Kt*x(:,1)-C*v(:,1));
f(:,k+1)=f0(:,k+1)+M*(b0*x(:,k)+b2*v(:,k)+b3*a(:,k))+C*(b1*x(:,k)+b4*v(:,k)+b5*a(:,k)); %等效载荷
x(:,k+1)=K1\f(:,k+1);
a(:,k+1)=b0*(x(:,k+1)-x(:,k))-b2*v(:,k)-b3*a(:,k);
v(:,k+1)=v(:,k)+b6*a(:,k)+b7*a(:,k+1);
k=k+1;
end
t1=time/2;t2=time;
t=0:dt:time;
pli=0*t;
figure;
plot(t,a(3,:),t,pli,'r');
xlabel('时间(s)');ylabel('加速度(m/s2)');
title('太阳轮扭振加速度');
xlim([0 8]);
%%傅立叶分析
fs=1/dt;
ss=floor(1/dt);
n=length(a(3,:));
N = 2^nextpow2(n);
n1 = 0:N-1;
f1=n1*fs/N;
y1=fft(a(3,:),N);
mag1=abs(y1)*2/N;
figure;
plot(f1(1:N/2),mag1(1:N/2),'r');
xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值(m/s2)');
title('太阳轮扭振加速度频谱');
sjjshguiaghw_齿轮_动力学_行星齿轮_行星齿轮箱
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2021-09-11
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