基于液壓柔性管道流固耦合振動特性的研究.pdf

1、液壓柔性軟管是液壓系統(tǒng)中不可或缺的流體輸液元件，液壓柔性軟管在非恒定流的激勵下，會激發(fā)液壓柔性軟管和管道內(nèi)部流體的流固耦合作用，流固耦合作用會產(chǎn)生以下后果：（1）降低管道系統(tǒng)的固有頻率。（2）加劇管道的振動。(3)加劇液壓管道內(nèi)部液壓油油壓的波動。液壓管道系統(tǒng)固有頻率的降低，會導(dǎo)致工程設(shè)計過程中，管道系統(tǒng)固有頻率計算的失準(zhǔn)，從而造成管道系統(tǒng)的共振，嚴(yán)重時，會導(dǎo)致管道的破裂。管道的劇烈振動，會加劇管道的疲勞破壞，降低管道的使用壽命，同時，

2、管道的劇烈振動還會造成管道連接部件的松動，甚至?xí)?dǎo)致管道接頭的脫落和密封性能的失效。劇烈的油壓波動會對液壓元件造成破壞，影響液壓元件的壽命，同時還會影響液壓元件的工作性能和測試精度。液壓柔性軟管相對于普通的液壓直管道而言，由于其特殊的使用環(huán)境，液壓軟管常常會處于彎曲的狀態(tài)，彎曲的液壓軟管相對于液壓直管來說，由于Burdon耦合的存在，會導(dǎo)致液壓軟管的流固耦合振動更加劇烈。因此，為了研究降低液壓柔性管道振動的方法，合理的布局液壓管道，延長

3、液壓管道和液壓元件的使用壽命，提高液壓元件的工作性能和測試精度，本文進(jìn)行了如下研究。
　?。?）運用伯努利-粱模型，通過對流體單元體和管道單元體進(jìn)行受力分析，推導(dǎo)出非恒定流體激勵下液壓管道流體耦合振動數(shù)學(xué)模型，通過對非恒定流體激勵下液壓管道流體耦合振動數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化，得到了脈動的壓力、液壓沖擊激勵以及處于彎曲狀態(tài)的液壓管道流固耦合振動的數(shù)學(xué)模型，為液壓管道的有限元分析提供了理論基礎(chǔ)。
　?。?）為了研究液壓柔性管道在流體激

4、勵下的流固耦合振動特性，以及影響液壓柔性管道流固耦合振動特性的因素，本文通過四個仿真設(shè)計，來對液壓柔性管道在流體激勵下的流固耦合振動特性進(jìn)行研究。設(shè)計方案一：通過對恒定流和脈動流激勵下的液壓柔性管道流固耦合振動特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)小幅度脈動流激勵下的液壓管道流固耦合振動特性會比恒定流激勵下的液壓管道流固耦合振動特性更加劇烈。通過在管道入口端加載不同的恒定流速，進(jìn)行仿真計算分析，發(fā)現(xiàn)管道的流固耦合振動特性會隨著入口端流速的增大而加劇。得出了

5、脈動流激勵下管道振動位移最大振幅和脈動頻率之間的關(guān)系曲線，分析了頻率對管道振動特性的影響。設(shè)計方案二：研究恒定流激勵下不同曲率半徑的液壓柔性管道的流固耦合振動特性，發(fā)現(xiàn)隨著曲率半徑的變小，管道的流固耦合振動會更劇烈。得到了液壓柔性管道三種曲率半徑模型下的位移最大幅值和頻率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)，曲率半徑越小，管道發(fā)生共振的頻率越低，共振振幅越大，說明曲率半徑越小，管道流固耦合振動越劇烈。設(shè)計方案三：研究恒定流激勵下不同管道壁厚的液壓柔性管道的

6、流固耦合振動特性，發(fā)現(xiàn)液壓柔性管道壁厚的增加會降低管道的流固耦合振動特性。得出了不同壁厚條件液壓柔性管道中間截面振動位移的最大幅值與頻率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)壁厚的增加，管道共振的頻率增加，管道共振的振幅降低，說明壁厚的增加會降低脈動流激勵下的管道流固耦合振動。設(shè)計方案四：研究了液壓沖擊激勵下，沖擊壓力和管道壁厚對管道流固耦合振動特性的影響。得出了液壓沖擊激勵下，液壓柔性管道的振動隨著沖擊壓力的增大而加劇，但是因為流體能夠很快的分擔(dān)固體的振動