[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

说明书

本发明涉及一种分析并联充液管路系统振动传递特性的方法，首次建立了并联充液管道系统的振动传递模型。能够为并联充液管路系统的振动传递分析和主传递路径的辨识提供一个高效的动力学模型。由于包含速度和力信息的功率流信号与本发明模型中的状态向量匹配良好，因此本发明模型在评估并联充液管道振动传递特性时具有操作简单、计算效率高的天然优势。基于所提出的模型，分别采用数值和实验方法研究了管路系统从四个不同位置到目标位置的振动传递特性，并通过采集振动传递过程中的功率流信号来识别振动的主传递路径。本发明可为后续工程中流体输送管道的减振设计提供前提。

技术领域

本发明涉及机械动力学技术领域，尤其涉及一种分析并联充液管路系 统振动传递特性的方法。

背景技术

由多根管道组成的并联充液管道系统广泛用于航空航天、船舶、核能、 化工等领域的流体输送。管路系统重要部位处的大幅振动可能导致流体泄 漏，甚至破坏管道结构。在实际应用中，并联充液管道可能会在不同的局 部位置受到外界激励干扰，但人们普遍关注的是结构目标位置(重要位置) 的振动状态，这将涉及到振动的传递。

振动传递特性分析是复杂机械系统动力学研究的重要组成部分。传递 路径分析及其衍生方法是一种基于实验的用来评价和控制振动能量的传 递路径的方法；以速度或力为研究变量，结合对应的传递函数，得到各路 径的贡献程度，其广泛应用于汽车、农业机械等领域；实际上，振动以力 和运动结合的形式在系统中传递，而新发展的功率流分析将力和速度的信 息整合为一个指标，可以直接反映振动传递的本质，具有较好的应用前景。总的来说，功率流分析可以表征振动在结构中的传递规律，便于识别主要 的传递路径，为后续的减振设计提供支持。

过去的几十年里，在单个充液管道的动力学分析方面取得了丰硕的成 果。为了更好地理解流固耦合(FSI)对充液管道振动行为的影响，学者们采 用半解析法、有限元法、传递矩阵法等方法建立了若干数学模型。半解析 法可以处充液管路的非线性振动，但由于其需要苛刻的模态振型函数，难 以应用于复杂的管道系统。有限元法能较好地处理管道的结构振动，但对 流体的处理较弱。传递矩阵法适用于链式管道结构，与有限元法相比，传 递矩阵法的矩阵维数大大降低，且比半解析法具有更强的适用性，然而， 传统的输运矩阵方法只能应用于单个充液管道。现有的研究强调了流固耦 合对单个充液管道振动特性的影响，为充液管道的振动机理提供了积极的 参考价值。然而对于并联充液管道的动力学行为研究较少。

近年来，一些文献对并联充液管道的传热特性进行了研究，而振动传 递也是并联充液管道传输特性分析的重要组成部分，虽然已有学者对单个 充液管道的振动和输送特性进行了研究，但大多数研究都集中在单个充液 管道上，对并联充液管道系统的动力学分析还不够充分。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种分析并联充液管路系统振 动传递特性的方法，求解效率高，可以同时考虑流固耦合和结构耦合，填 补了并联输液管道振动传递研究的空白，为后续的输液管道振动控制提供 了有益的支持。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种分析并联充液管路系统振动传递特性的方法，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。

进一步的，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：