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充液管道振动特性分析及其减振控制
| 论文题名： | 充液管道振动特性分析及其减振控制 |
| 关键词： | 充液管道;流固耦合;传递矩阵法;模态分析;减振控制;高静低动隔振器 |
| 摘要： | 充液管道广泛应用于现代工业工程和居民日常生活中，对国民经济、人民生活都起着十分重要的作用。但是，管道系统振动所造成的噪声环境污染，严重时甚至可导致管系或机器损坏。所以，降低管道振动、保证管道输送安全，具有很高的理论研究价值和重大的现实意义。本文在考虑流体和管道耦合作用基础上，对充液管道振动特性进行了深入研究，同时在此基础上提出高静低动刚度概念，设计加工了高静低动隔振器，并做了相关理论和实验研究。具体说来，本文的主要研究成果和结论如下：1、推导了基于流固耦合4方程模型的充液管道传递矩阵法，得到直管单元轴向振动、横向振动、扭转振动的传递矩阵，并将弯管离散为多个短直管，从而建立充液弯管的传递矩阵。另外，推导了管系中常见的集中质量、弹性支撑的传递矩阵。通过以上推导，得到可用于计算充液管道模态、谐响应的传递矩阵算法。2、分别使用传递矩阵法和ANSYS软件，计算了“U”形充液管道的模态频率和振型。对比两者的结果，发现所得各阶固有频率及对应振型基本一致，说明传递矩阵法可以很好的对弯管进行离散化处理，进而进行模态计算。同时发现，流固耦合作用明显降低了管系的固有频率，但对于模态振型的影响很小。对含有弹簧支撑的充液管道进行了谐响应计算，验证了推导的弹性支撑传递矩阵的正确性。另外，对不同长度和外径的充液管道进行了实验测试，通过固有频率的对比分析可以看出，在其它条件不变的情况下，随着管道长度的增加，传递矩阵法误差逐渐减小；阶数越高，固有频率误差也越大。当管道外径减小时，具有相同的规律。3、介绍了高静低动刚度的概念，设计加工了一个高静低动隔振器，并对其进行了静力实验和振动实验。通过静力实验，验证了加工的隔振器的力-变形曲线基本与理论值接近，达到了非线性的效果。但是考虑到材料、加工、以及装配的因素，实测曲线与理论曲线存在一定的偏差。而在振动实验中，分别测试了线性弹簧和高静低动隔振器的位移传递率。通过对理论模型的不断修正，使得实验结果和理论曲线基本相同。通过与线性弹簧实验结果的对比可知，设计加工的高静低动隔振器可使系统的固有频率减小，从而扩大隔振区间；同时，高静低动隔振器具有更小的位移传递率，可以有效隔离来自地基、底座等的振动，从而达到保护承载物的目的。 |
| 作者： | 金长明 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 李鸿光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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