一种拾震器机械摆的建模方法和装置与流程

本发明涉及测震技术领域，具体而言，涉及一种拾震器机械摆的建模方法和装置。

背景技术：

目前，地震计是广泛用于地震信号监测和地震预报预警的一类仪器，是组成区域性和全国性地震台网的基本仪器。地震计不仅可以用于地震信号检测，在油气田勘探、工程勘察和监测、神经系统以及矿井安全等领域，用途广泛且实用性强；其中，短周期机械摆式地震计是构成台阵的常规仪器，也是目前台网使用最为广泛的地震计。

对于短周期机械摆式地震计，地震计的灵敏度的决定因素是拾震器的固有频率或者称之为原始自振频率，拾震器的原始自振频率由拾震器的结构参数和材料参数决定，现有技术中，对拾震器的原始自振频率的获得都是在拾震器生产完成以后进行批量抽检测量得到的，并且其性能的分析计算过程和对由于尺寸调整对拾震器性能的影响程度都是由工作人员根据自己的工作经验进行判断的，费时费力，且存在误差；有限元模型被用于汽车模型建模或者输送带建模，通过建立有限元模型的方法可以大大方便技术人员对产品的性能进行实时分析和优化，但是相关技术中还没有出现一种关于拾震器机械摆的建模方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种拾震器机械摆的建模方法和装置，实现对拾震器进行建模。

第一方面，本发明实施例提供了一种拾震器机械摆的建模方法，所述机械摆由两个簧片、固定重锤和摆动重锤构成，所述机械摆的自由端由所述摆动重锤、所述固定重锤和所述两个簧片的顶部构成，所述机械摆的约束端由所述两个簧片的底部构成，所述方法包括：

接收用户自定义结构参数，基于所述自定义参数分别建立所述两个簧片、所述固定重锤和所述摆动重锤的几何模型；

基于所述两个簧片、所述固定重锤和所述摆动重锤的几何模型，对所述两个簧片、所述固定重锤和所述摆动重锤进行组装，得到所述机械摆的几何模型；

接收所述用户输入的材料参数，基于所述材料参数和所述机械摆的几何模型生成所述机械摆的物理模型；

对所述机械摆的物理模型进行网格划分，得到机械摆的有限元模型。

结合第一方面，本发明实施里提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：

所述接收用户自定义结构参数，基于所述自定义参数分别建立所述两个簧片、所述固定重锤和所述摆动重锤的几何模型，包括：

接收用户输入的第一自定义参数，根据所述用户的第一自定义参数，生成所述簧片的底板的几何模型和多个第一裁剪体的几何模型；

对所述簧片的底板的几何模型和所述多个裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到所述簧片的几何模型。

结合第一方面，办法名实施例提供了第一方面的的第二种可能的实施方式，其中：

所述接收用户自定义结构参数，基于所述自定义参数分别建立所述两个簧片、所述固定重锤和所述摆动重锤的几何模型，还包括：

接收用户的第二自定义参数，根据所述用户的第二自定义参数，生成第一长方体的几何模型和多个第二裁剪体的几何模型；

对所述第一无孔长方体的几何模型和所述多个第二裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到所述固定重锤的几何模型。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中：

所述接收用户自定义结构参数，基于所述自定义参数分别建立所述两个簧片、所述固定重锤和所述摆动重锤的几何模型，还包括：

接收用户的第三自定义参数，根据所述用户的第三自定义参数，建立第二长方体的几何模型和多个第三裁剪体的几何模型；

对所述第二长方体的几何模型和所述多个第三裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到所述固定重锤的几何模型。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中：

所述接收所述用户输入的材料参数，基于所述材料参数和所述机械摆的几何模型生成所述机械摆的物理模型，包括：

接收用户的自定义材料参数，所述自定义材料参数包括：材料种类，所述固定重锤与所述摆动重锤的泊松比μ1、弹性模量e1、密度ρ1，以及所述簧片的泊松比μ2、弹性模量e2、密度ρ2；

基于所述用户的自定义材料参数和所述机械摆几何模型，为所述机械摆进行分配相应的材料，生成所述机械摆的物理模型。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于有限元模型的获取拾震器固有频率的装置，所述机械摆由两个簧片、固定重锤和摆动重锤构成，所述机械摆的自由端由所述摆动重锤、所述固定重锤和所述两个簧片的顶部构成，所述机械摆的约束端由所述两个簧片的底部构成，所述装置包括：

第一建立模块，用于接收用户自定义结构参数，基于所述自定义参数分别建立所述两个簧片、所述固定重锤和所述摆动重锤的几何模型；

第二建立模块，用于基于所述两个簧片、所述固定重锤和所述摆动重锤的几何模型，对所述两个簧片、所述固定重锤和所述摆动重锤进行组装，得到所述机械摆的几何模型；

物理模型生成模块，用于接收所述用户输入的材料参数，基于所述材料参数和所述机械摆的几何模型生成所述机械摆的物理模型；

网格划分模块，用于对所述机械摆的物理模型进行网格划分，得到机械摆的有限元模型。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中：

所述第一建立模块，包括：

第一生成单元，用于接收用户输入的第一自定义参数，根据所述用户的第一自定义参数，生成所述簧片的底板的几何模型和多个第一裁剪体的几何模型；

第一运算单元，用于对所述簧片的底板的几何模型和所述多个裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到所述簧片的几何模型。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中：

所述第一建立模块，包括：

第二生成单元，用于接收用户输入的第二自定义参数，根据所述用户的第二自定义参数，生成第一长方体的几何模型和多个第二裁剪体的几何模型；

第二运算单元，用于对所述第一无孔长方体的几何模型和所述多个第二裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到所述固定重锤的几何模型。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中：

所述第一建立模块，包括：

第三生成单元，用于接收用户输入的第三自定义参数，根据所述用户的第三自定义参数，建立第二长方体的几何模型和多个第三裁剪体的几何模型；

第三运算单元，用于对所述第二长方体的几何模型和所述多个第三裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到所述固定重锤的几何模型。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中：

所述物理模型生成模块，包括：

接收单元，用于接收用户的自定义材料参数，所述自定义材料参数包括：所述固定重锤与所述摆动重锤的泊松比μ1、弹性模量e1、密度ρ1，以及所述簧片的泊松比μ2、弹性模量e2、密度ρ2；

材料分配单元，用于基于所述用户的自定义材料参数和所述机械摆几何模型，为所述机械摆几何模型进行配置相应的材料属性，生成所述机械摆的物理模型。

本发明实施例提供的一种拾震器机械摆的建模方法，通过用户自定义结构参数生成机械摆个组成部件的几何模型，然后对该各部件的几何模型进行组装，得到机械摆的几何模型，然后对机械摆的集合模型进行设定材料属性，得到机械摆的物理模型，对物理模型进行网格划分得到机械摆的有限元模型，进而提供了一种机械摆有限元模型，便于工作人员进行对机械摆的性能进行分析。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例中机械摆的结构示意图；

图2示出了本发明实施例一所提供的一种拾震器机械摆的建模方法的流程示意图；

图3a示出了本发明实施例一所提供的摆动重锤的网格划分图；

图3b示出了本发明实施例一所提供的摆动重锤的网格划分以后的网格图；

图3c示出了本发明实施例一所提供的簧片的网格划分图；

图3d示出了本发明实施例一所提供的簧片的网格划分以后得到的网格图；

图4示出了本发明实施例二所提供的一种拾震器机械摆的建模装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

目前，短周期机械摆式地震计，地震计的灵敏度的决定因素是拾震器的固有频率或者称之为原始自振频率，拾震器的原始自振频率由拾震器的结构参数和材料参数决定，现有技术中对拾震器的原始自振频率的获得都是在拾震器生产完成以后进行批量抽检测量得到的，并且其性能的分析计算过程和对由于尺寸调整对拾震器性能的影响程度都是由工作人员根据自己的工作经验进行判断的，工作量较大；机械摆是拾震器的主要结构，有限元模型是被用于汽车建模和输送带建模，通过建立拾震器机械摆的模型可以大大方便本领域技术人员对拾震器的性能进行分析和优化，基于此，本发明实施例提供了一种拾震器机械摆的建模方法和装置。

下面通过具体实施例进行对本发明详细介绍。

实施例一

本实施例中提供了一种拾震器机械摆的建模方法，参照图1所示，该机械摆由两个簧片13、固定重锤12和摆动重锤11构成，摆动重锤11、固定重锤12和两个簧片13之间通过圆形通孔配合销柱的方式进行连接，机械摆的自由端由摆动重锤11、固定重锤12和两个簧片13的顶部构成，机械摆的约束端由两个簧片13的底部构成，参照图2所示，该拾震器机械摆的建模方法包括如下步骤：

s20、接收用户自定义结构参数，基于该自定义参数分别建立两个簧片、所述固定重锤和所述摆动重锤的几何模型；

其中，建立簧片的几何模型的过程包括：

接收用户输入的第一自定义参数，根据该用户输入的第一自定义参数，生成簧片的底板的几何模型和多个第一裁剪体的几何模型；

对上述簧片的底板的几何模型和所述的多个裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到所述簧片的几何模型；

上述实施例过程中首先建立簧片底板的几何模型和多个第一裁剪体的几何模型，对簧片底板的几何模型分别与多个第一裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到簧片的几何模型；

上述簧片底板为一规则长方体，该第一自定义参数包括簧片底板的长度、宽度和厚度，还包括第一长方体裁剪体和第二长方体裁剪体的长度、厚度和宽度，以及第一圆柱形裁剪体的直径和高度；在根据上述用户的第一自定义参数以后，系统会自动生成簧片底板的几何模型、第一长方体裁剪体的几何模型、第二长方体裁剪体的几何模型和圆柱形裁剪体的几何模型，得到该几何模型以后，将簧片底板的几何模型分别与第一长方体裁剪体的几何模型、第二长方体裁剪体的几何模型和第一圆柱形裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到簧片的几何模型，最终要得到的簧片为开口的方框形，包括一横向边框和两个竖向边框，簧片的顶端横向边框上设置有两个圆形通孔，簧片的底端两个竖向边框的底端上也分别设置有一个圆形通孔；上述的两个簧片的结构是相同的。

进一步的，建立固定重锤几何模型的过程包括：

接收用户输入的第二自定义参数，根据该用户输入的第二自定义参数，生成第一无孔长方体的几何模型和多个第二裁剪体的几何模型；

对上述的第一无孔长方体的几何模型和多个第二裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到固定重锤的几何模型；

上述的第二自定义参数包括：第一无孔长方体的长度、宽度和厚度，通过该长度、宽度和厚度的参数建立第一无孔长方体的几何模型，上述第二自定义参数还包括第二裁剪体的参数，该第二裁剪体包括第二圆柱形裁剪体的直径和高度，根据该第二圆柱形裁剪体的直径和高度生成第二裁剪体的几何模型，根据第一无孔长方体的的几何模型和多个第二圆柱形裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到重锤的几何模型，最终要得到的固定重锤的几何模型为一规则的长方体，其上设置有四个圆形通孔。

上述的建立摆动重锤的几何模型的过程包括：

接收用输入户的第三自定义参数，根据所述用户的第三自定义参数，建立第二长方体的几何模型和多个第三裁剪体的几何模型；

对所述第二长方体的几何模型和所述多个第三裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到所述固定重锤的几何模型；

上述第三自定义参数包括：摆动重锤无孔长方体的长度、宽度和厚度，以及第三圆柱形裁剪体的直径和高度，根据该摆动重锤长方体的长度、宽度和厚度建立摆动重锤无孔长方体的几何模型，根据第三圆柱形裁剪体的直径和高度建立第三圆柱形裁剪体的几何模型，对上述摆动重锤无孔长方体的几何模型和第三圆柱形裁剪体的几何模型进行布尔减运算得到摆动重锤的几何模型。

s22、基于上述两个簧片、固定重锤和摆动重锤的几何模型，对两个簧片的几何模型、固定重锤的几何模型和摆动重锤的几何模型进行组装，得到机械摆的几何模型；

s24、接收用户输入的材料参数，基于材料参数和机械摆的几何模型生成机械摆的物理模型；

上述接收用户的自定义材料参数，该自定义材料参数包括：材料种类，固定重锤与摆动重锤的泊松比μ1、弹性模量e1、密度ρ1，以及簧片的泊松比μ2、弹性模量e2、密度ρ2；

基于上述用户输入的自定义材料参数和上述得到的机械摆几何模型，为该机械摆几何模型进行配置相应的材料属性，生成所述机械摆的物理模型。

材料属性可以为：固定重锤和摆动重锤使用的材料是黄铜，簧片使用的材料是铍青铜。

s26、对机械摆的物理模型进行网格划分，得到机械摆的有限元模型；

本实施例中，采用自由网格划分法对机械摆几何模型进行网格划分，由于机械摆组装结构是不规则形状，采用自由网格划分法，系统可以根据不同的结构形状自动选取网格形状，相比手动划分网格可以快速建立起有限元模型。

进一步的，参照图3a～3b所示，在某一具体实施例中，固定重锤网格划分过程包括：

由于固定重锤几何模型上有四个尺寸完全相同的圆形通孔，在划分网格时采用sweep方法划分网格，优选地，设置自定义材料参数为：单元类型solid186、弹性模量1.0×10¹¹pa、泊松比0.33、密度8500kg/m³。

如图3a所示，直线p1、p2和圆p3、p4、p5、p6在同一平面上，该面为源面；由于固定重锤为对称体，所以与之对应的对称体后视面为目标面。在对该几何模型划分网格时，考虑其边界为规则长方体，长方体内含四个圆形通孔，所以，选择边界线p1、p2的单元长度为1毫米；四个圆形通孔在划分网格时，由于网格越密在进行有限元分析时精度越高，所以线p3、p4、p5、p6的单元长度为0.5毫米；对有孔固定重锤执行体sweep操作，源面为x1，目标面为x2。

如图3b示出了采用sweep划分网格后的网格图，扫掠生成六面体和楔形单元。

参照图3c、图3d所示，簧片网格划分过程包括：

簧片也含有四个圆形通孔，是对称体结构，采用sweep划分网格，扫掠生成的为六面体网格；设置自定义材料参数为：单元类型solid186，弹性模量1.28×10¹¹pa、泊松比0.35、密度8900kg/m³。

线bn(n＝1，2，3....12)在同一平面内，选取该面为源面x3，簧片的后视面为目标面x4，其中bn(n＝1，2，3....8)为直线，bn(n＝9,10,11,12)为圆。

为提高精确度，线bn(n＝1，2，3....8)为直线，设置网格单元长度为1毫米；线bn(n＝9,10,11,12)为圆，设置网格单元长度为0.5毫米。

对簧片执行sweep网格划分操作，指定x3为源面，x4为目标面，在源面x3内直线的网格单元长度1毫米，圆的网格单元长度为0.5毫米。生成簧片网格，参照图3c所示，生成六面体单元。

通过设置单元长度1毫米，sweep生成的网格比较规则，疏密程度能够满足要求。

在进行对摆动重锤进行网格划分时，由于摆动重锤几何模型为不规则几何模型，所以采用自由网格划分法，生成四面体网格，网格精度为6，设置自定义材料参数为：单元类型solid186、弹性模量1.0×10¹¹pa、泊松比0.33、密度8500kg/m³。

上述实施例一种所提供的一种拾震器机械摆的建模方法，实现了为拾震器机械摆建立有限元模型，通过建立的拾震器机械摆的有限元模型为工作人员提供一种可靠地、方便的进行拾震器工作特性、结构特性和材料特性研究的工具，可以通过改变机械摆的任意尺寸和材料快速获得拾震器的固有频率，指导拾震器的生产工作；例如，机械摆的运动为二阶系统运动，建立有限元模型可以分析其三阶及以上运动模态，进行模态分析，研究各阶模态的频率；改变机械摆的结构组成，之后进行模态分析，分析结构改变对振型改变的影响；改变不同结构的材料，分析机械摆使用不同材料时的损伤情况。

实施例二

参照图4所示，本实施例中提供了一种拾震器机械摆的建模的装置，所述的机械摆由两个簧片、固定重锤和摆动重锤构成，机械摆的自由端由摆动重锤、固定重锤和两个簧片的顶部构成，摆动重锤、固定重锤和两个簧片之间通过圆形通孔配合销柱进行连接，机械摆的约束端由两个簧片的底部构成，该装置包括：

第一建立模块40，用于接收用户自定义结构参数，基于该自定义参数分别建立两个簧片、所述固定重锤和所述摆动重锤的几何模型；

第二建立模块42，用于基于上述两个簧片、固定重锤和摆动重锤的几何模型，对两个簧片、固定重锤和摆动重锤进行组装，得到机械摆的几何模型；

物理模型生成模块44，用于接收用户输入的材料参数，基于该材料参数和机械摆的几何模型生成机械摆的物理模型；

网格划分模块46，用于对机械摆的物理模型进行网格划分，得到机械摆的有限元模型。

进一步的，上述第一建立模块，包括：

第一生成单元，用于接收用户输入的第一自定义参数，根据所述用户的第一自定义参数，生成所述簧片的底板的几何模型和多个第一裁剪体的几何模型；

第一运算单元，用于对所述簧片的底板的几何模型和所述多个裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到所述簧片的几何模型。

进一步的，上述第一建立模块，包括：

第二生成单元，用于接收用户输入的第二自定义参数，根据用户的第二自定义参数，生成第一长方体的几何模型和多个第二裁剪体的几何模型；

第二运算单元，用于对第一无孔长方体的几何模型和多个第二裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到所述固定重锤的几何模型。

上述第一建立模块，包括：

第三生成单元，用于接收用户输入的第三自定义参数，根据所述用户的第三自定义参数，建立第二长方体的几何模型和多个第三裁剪体的几何模型；

第三运算单元，用于对所述第二长方体的几何模型和所述多个第三裁剪体的几何模型进行布尔减运算，得到所述固定重锤的几何模型。

上述物理模型生成模块，包括：

接收单元，用于接收用户的自定义材料参数，所述自定义材料参数包括：所述固定重锤与所述摆动重锤的泊松比μ1、弹性模量e1、密度ρ1，以及所述簧片的泊松比μ2、弹性模量e2、密度ρ2；

材料分配单元，用于基于所述用户的自定义材料参数和所述机械摆几何模型，为所述机械摆进行配置相应的材料属性，生成所述机械摆的物理模型。

本发明实施例所提供的拾震器机械摆的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的模块、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的模块、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。