[发明专利]随机振动环境下输流直管道减振设计方法

说明书

本发明公开了一种随机振动环境下输流直管道减振设计方法，包括如下步骤：建立随机振动环境下输流直管道振动数学模型；对数学模型进行求解，得到管道位移响应协方差和应力响应协方差的求解模型；确定优化的设计变量，建立约束条件，然后基于所求的管道位移响应协方差和应力响应协方差求解模型建立起目标函数；利用遗传算法，对建立的目标函数进行求解，获得全局最优解，即求解出使管道位移响应均方值及应力响应均方值最小的管道结构参数。本发明针对输流直管道建立管道振动模型，并对其进行速度、应力和位移响应分析，再根据多目标遗传算法确定设计后管道的结构参数，从而减小输流直管道振动，提高管道系统的稳定性和安全性。

技术领域

本发明属于管道减振技术领域，尤其涉及一种随机振动环境下输流直管道减振设计方法。

背景技术

处于复杂多变工况环境下的工程机械，如硬岩掘进机(TBM)、矿山机械等，工作过程中，载荷突变势及自激振动必会使设备产生强烈振动，导致其上的液压系统中的管道产生振动，振动类型一般为随机振动。振动不仅会使管道应力加剧，导致管道容易出现应力疲劳损伤，影响到安全和施工进程，还会加剧流体能量流波动的不稳定进而影响下游驱动元件工作的稳定性。目前国内外对输流直管道结构设计方法没有考虑到随机振动的影响或仅考虑到简单正弦振动，而现实中管道所受激励源一般为随机振动，此外，现有管道设计方法多为单目标方法，即仅对单一目标进行设计，而随机振动作用下的液压直管道的设计是一个多个目标多约束问题，采用传统方法易陷于局部极值，难以获得全局最优解。因此，需要对随机振动环境下输流直管道的设计方法进行研究。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种准确、有效的随机振动环境下输流直管道减振设计方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种随机振动环境下输流直管道减振设计方法，包括如下步骤：

S1：建立随机振动环境下输流直管道振动数学模型；

S2：采用随机振动离散分析方法对管道振动数学模型进行求解，得到管道位移响应协方差和应力响应协方差的求解式；

S3：确定优化的设计变量，建立约束条件，然后基于S2步骤中所求的管道位移响应协方差和应力响应协方差求解式建立起目标函数；

S4：利用遗传算法，对S3步骤建立的目标函数进行求解，获得全局最优解，即求解出使管道位移响应均方值及应力响应均方值最小的管道结构参数。

进一步的，所述振动数学模型为：

其中：[M]为直管道质量矩阵，[K]为直管道刚度矩阵，[C]为直管道阻尼矩阵，{y}为管道位移响应向量，{p}为载荷强度向量，表示载荷作用位置和强度，为横向加速度白噪声；及分别表示管道加速度和速度响应向量，即分别为位移的二阶和一阶导数。

进一步的，所述振动数学模型中直管道质量矩阵[M]、刚度矩阵[C]和阻尼矩阵[K]由对应的单元质量矩阵、单元刚度矩阵和单元阻尼矩阵组装而成，其中：

整个管道系统的单元阻尼矩阵[C]_e为：

[C]_e＝[C_f]_e

整个管道系统的单元质量矩阵[M]_e为：

[M]_e＝[M_p]_e+[M_f]_e

整个管道系统的单元刚度矩阵[K]_e为：