充液管道振動特性理論與實驗研究.pdf

1、充液管道中流體的壓力脈動和管壁的振動會引起系統(tǒng)很大的輻射噪聲甚至?xí)?dǎo)致管路系統(tǒng)的疲勞破壞,其激勵源可能是流體激勵或機(jī)械激勵。系統(tǒng)的振動能量會分布在流體和管壁中,由于流固耦合作用,二者的能量相互間會進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)化。能夠?qū)⑾到y(tǒng)在不同形式激勵下的能量傳播過程進(jìn)行準(zhǔn)確和清晰的描述,對這類系統(tǒng)的設(shè)計以及振動噪聲控制會起到一個非常好的指導(dǎo)性作用。本文則立足于這一點,重點研究了充液管道系統(tǒng)的振動結(jié)構(gòu)聲強(qiáng)特性,對耦合系統(tǒng)振動能量傳遞和轉(zhuǎn)化進(jìn)行了詳細(xì)的計

2、算和分析。
　　 首先利用Flügge殼體理論和流體聲壓方程,根據(jù)耦合條件,求解了所有類型的波數(shù)解,包括實數(shù)、純虛數(shù)和復(fù)數(shù)解,并且對每種波的特性進(jìn)行了更為全面的探討。利用經(jīng)典解法留數(shù)定理,求解了系統(tǒng)強(qiáng)迫振動響應(yīng),得到了徑向激勵低階周向模態(tài)振動下的原點和跨點導(dǎo)納,并且進(jìn)行了分析。
　　 結(jié)合結(jié)構(gòu)聲強(qiáng)理論,計算了充液管道在沿周向線分布的徑向力、點力和流體中單極點聲源激勵下系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)聲強(qiáng)矢量,并與未充液管道的結(jié)果進(jìn)行了比較,以

3、探討流體對結(jié)果的影響。接下來根據(jù)管壁結(jié)構(gòu)聲強(qiáng)和內(nèi)部流體聲強(qiáng)的內(nèi)在關(guān)系,得到了在管壁不同形式徑向激勵下管壁、流體進(jìn)行能量交換的結(jié)果,表明兩種介質(zhì)進(jìn)行能量交換或相互轉(zhuǎn)化的方式有所不同,主要體現(xiàn)在圓周方向上。之后,討論了管內(nèi)流體流速對系統(tǒng)輸入能量流、耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)聲強(qiáng)結(jié)果的影響。
　　 應(yīng)用波傳播分析方法,以實際工業(yè)常用管道為計算模型,討論了典型邊界下耦合系統(tǒng)的固有特性,將這一方法應(yīng)用于實際問題計算時的精度做一討論,結(jié)果表明,這種方法可

4、以在實際中應(yīng)用,相對簡便而且計算結(jié)果可信。在此基礎(chǔ)上,討論了流體存在流速時對不同階固有頻率的影響規(guī)律。
　　 最后,搭建了充液管道系統(tǒng)實驗臺架,采用管道的殼體和內(nèi)部流體兩種激勵形式,測量系統(tǒng)的振動特性,利用波周向分解方法,得到了呼吸模態(tài)、梁模態(tài)下共四支傳播波的模態(tài)加速度分解結(jié)果,在此基礎(chǔ)上結(jié)合能量流計算理論,得到了在較低振動頻段內(nèi),系統(tǒng)中每支傳播波攜帶能量的相對大小,并且與理論分析結(jié)果進(jìn)行對比,結(jié)果表明,理想的無限長充液管道計算