[发明专利]一种分析并联充液管路系统振动传递特性的方法

权利要求书

1.一种分析并联充液管路系统振动传递特性的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1、基于功率流法和改进的传递矩阵法，建立并联充液管路系统动力学模型；

S2、对S1中建立的并联充液管路模型进行模型验证；

S3、利用S2中已验证的模型绘制各传递路径的功率流曲线和传递路径贡献色谱图，识别主传递路径。

2.根据权利要求1所述的一种分析并联充液管路系统振动传递特性的方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：

(1.1)建立充液管的运动微分方程

假设管道初始时刻(t＝0)的状态向量为η(z,0)＝0，则上式可以通过拉普拉斯变换转化为频域方程：

其中，状态向量Φ(z,s)＝L[η(z,t)]，R_s(z,s)＝L[r_s(z,t)]；下标's'表示直管，s为拉普拉斯变量s＝(2πi)f；f的符号单位是Hz，i表示虚数；A_s，B_s和C_s表示充液管道的常系数矩阵，其中系数矩阵A_s为单位矩阵(14×14)；D_s是一个和重力有关的向量；R_s是由环境激励组成的矢量；

(1.2)推导单个充液管的场传递矩阵

管的起点和终点的状态向量的关系可以表示为：

Φ(0,s)＝UΦ(L_i,s)+Q

其中U是场传递矩阵，Q表示由外部激励、重力和场传递矩阵组成的状态向量；

其中V_s是的特征向量；

其中(i＝1，2，…，14)是的特征值；

(1.3)推导两个管间的耦合方程

由于双卡箍的存在，输送流体的两个管的振动会相互影响，从而形成结构耦合；根据两根管道的变形协调条件，导出了管I在耦合区域的协调方程：

同时，得到管II的变形协调方程为：

下标'R'和'L'分别表示耦合区域的左右两端；结合上式可以得到两种充液管道的耦合矩阵；下标I和II表示管道I和管道II；V为流速和P为压力，是管三个方向的速度，是管三个方向的角速度，f_x,f_y,f_z是管三个方向的力，m_x,m_y,m_z是管三个方向的力矩；k_x、k_y、k_z、k_θx、k_θy、k_θz分别表示双联卡箍在三个方向上的平动刚度和扭转刚度，ξ_x、ξ_y、ξ_z、γ_θx、γ_θy、γ_θz分别表示双联卡箍在三个方向上的平动阻尼和扭转阻尼；

其中T_couple为耦合矩阵。

(1.4)根据逻辑结构对齐的原则，将平行充液管道系统各个区域进行划分，并对每个区域建立传递关系；

(1.5)将各个区域拼接构成并联充液管道系统的整个场传递矩阵；

其中下表'start'和'end'分别表示整个管路系统的始端和末端，I为单位矩阵；其他符号含义与步骤(1.2)的相同；

(1.6)将步骤(1.5)中整体的传递矩阵与边界条件结合，形成最终的场传递关系；

D_totΦ_tot＝F_tot

其中D_tot和F_tot分别是整体的边界条件矩阵和整体的力向量；

(1.7)给出功率流P的表达式，并进行无量纲化

管路y方向的功率流为：

为了计算方便，将W₀定义为基准功率流；功率流无量纲化为：