试述管路考虑流固耦合管路系统振动噪声及特性

论文导读：
摘要：流体管道系统广泛运用于海洋工程、生物工程、电力工业、石油能源工业、核工业、舰船、飞行器动力装置以及日常生活中。因为在管路系统中有着泵和阀门等内部声源以及基础振动和管道破裂等外部激励，所以会诱发流体管道产生振动噪声，并在管道和流体中传播。振动噪声不足在舰船管路系统中，显得十分突出，一方面会造成管路以及精密仪器附件破坏，影响管路系统以及动力系统的正常运转；另一方面管路系统的振动噪声会通过船体以及内外部流体交换而产生声辐射，影响其隐身性，直接对舰船安全构成威胁。首先忽略流体和管道之间摩擦效应的影响，直管考虑轴向泊松耦合效应，弯管考虑泊松耦合效应以及Bourdon耦合效应，参考Tenteralp的建模思想，建立管路系统中最基本的管路部件单元——直管和弯管的动力学模型。模型包括轴向振动、横向振动以及管道的扭转振动，一共14个参量的一阶时域偏微分方程。然后利用Laplace变换把时域方程变换到频域，对于直管，对频域方程经过复杂的推导，把14个多元一阶偏微分方程转化为14个一元高阶常微分方程，对高阶方程直接求解得到直管的频域剖析解；对于弯管，借鉴张立翔教授对直管轴向4方程模型的求解思想，同样得到弯管的频域剖析解。管道的最终解还必须结合管路系统的边界条件，在这里，把管路的边界简化为六个自由度方向（线弹性和扭转弹性）的弹性刚度，通过设定不同的弹性刚度，可以得到各种组合的边界形式，比如固定边界、简支边界、自由边界以及弹性边界等。建立典型管路结构的传递矩阵模型，包括直管和弯管、折管、分支管（一点分支以及多点分支）和锥形管的传递矩阵，传递矩阵中管段连接点（点传递矩阵）处支撑可以为任意形式。一点分支通过分支点处的力平衡和位移平衡得到了任意形状分支管的点传递矩阵，并结合边界条件得到了其求解方程；在此基础上，通过在点传递矩阵等式左右添加零矩阵的策略得到了多点分支的传递矩阵，同样结合边界条件得到了其求解方程。锥形管通过划分单元，把锥形管划分为N段，用直管近似等效锥形管的单元，建立了锥形管的传递矩阵。在管路系统中，有着大量的法兰、阀门、泵等管路附件，这些附件都会影响管路系统的动力学行为，对于法兰、夹具等简化为一个集中质量元件，利用论述力学、结构力学等论述建立了集中质量的传递矩阵；而阀门、泵等声源附件不仅给管路带来了附加质量，而且是管路系统的激励源，因而，利用四端网络法以及力学论述，建立阀门、泵等声源附件的传递矩阵模型。在前面探讨的基础上，利用典型管路结构以及附件等在任意支撑下的点传递矩阵以及场传递矩阵，推导出任意管路系统的整体传递矩阵，结合边界条件得到了管路系统的求解方程，这里的管路系统的传递矩阵以及求解方程适用于任意形状以及布置的管路系统。设计、搭建管路试验台架，通过测量直管、Y型分支管以及十字型分支管在激励下的轴向和横向振动噪声响应特性参数，通过与论述预测的比较来验证论述模型以及策略的正确性，同时也说明本论文策略的运用，并以试验角度对管路流固耦合振动噪声特性进行浅析。最后，对管路典型部件进行计算，通过调整管道的结构参数以及支撑形式等特性参数，对管路振动噪声响应特性进行浅析，并以总声级和总速度级的角度出发，探讨管路结构振动噪声特性和规律，为管路振动噪声制约以及低噪声设计提供论述指导。关键词：流固耦合论文管路系统论文振动噪声论文频域论文传递矩阵法论文分支管道论文管路附件论文
本论文由www.7ctime.com,需要论文可以联系人员哦。摘要5-7
Abstract7-12
第1章 绪论12-23

1.1 课题的作用和目的12-13

1.2 国内外探讨近况13-21

1.2.1 输流管道流固耦合探讨13-17

1.2.2 任意支撑管道振动噪声探讨17-18

1.2.3 分支管道计算与浅析探讨18-20

1.2.4 管路系统声源模型建立20-21

1.3 本论文的主要探讨内容21-23

第2章 流体管道动力学模型23-40

2.1 引言23

2.2 直管动力学模型23-31

2.1 直管轴向流固耦合模型24-27

2.2 直管 x-z 平面振动模型27-28

2.3 直管 y-z 平面振动模型28-29

2.2.4 直管扭转振论文导读：、弯管系统的传递矩阵69-704.3分支管传递矩阵70-924.3.1一点分支71-844.3.2多点分支84-924.4锥形管的传递矩阵92-974.4.1锥形管的动力学模型92-964.4.2锥形管的传递矩阵96-974.5算例计算和浅析97-1074.6本章小结107-109第5章管路附件振动噪声传递矩阵109-126

5.1引言1092集中质量的简化109-1113扩张室式消声器

动模型29-30

2.5 直管流固耦合模型30-31

2.3 弯管动力学模型31-39

2.3.1 弯管轴向流固耦合模型32-34

2.3.2 弯管 x-z 平面振动模型34-35

2.3.3 弯管 y-z 平面振动模型35-37

2.3.4 弯管扭转振动模型37-38

2.3.5 弯管流固耦合模型38-39

2.4 本章小结39-40

第3章 流体管道流固耦合响应的频域解40-65

3.1 引言40

3.2 直管流固耦合模型求解40-49

3.3 弯管流固耦合模型求解49-52

3.4 边界条件52-56

3.4.1 轴向边界条件52-53

3.4.2 x-z 平面边界条件53-54

3.4.3 y-z 平面边界条件54-55

3.4.4 扭转振动边界条件55

3.4.5 整体边界条件55-56

3.5 算例计算与浅析56-63

3.6 本章小结63-65

第4章 典型管路结构振动噪声传递矩阵及求解65-109

4.1 引言65

4.2 直管、弯管传递矩阵65-70

4.

2.1 直管场传递矩阵66

4.

2.2 弯管场传递矩阵66

4.

2.3 直管、弯管点传递矩阵66-69

4.

2.4 直、弯管系统的传递矩阵69-70

4.3 分支管传递矩阵70-92
4.

3.1 一点分支71-84

4.

3.2 多点分支84-92

4.4 锥形管的传递矩阵92-97

4.1 锥形管的动力学模型92-96

4.2 锥形管的传递矩阵96-97

4.5 算例计算和浅析97-107

4.6 本章小结107-109

第5章 管路附件振动噪声传递矩阵109-126

5.1 引言109

5.2 集中质量的简化109-111

5.3 扩张室式消声器传递矩阵111-113

5.4 泵、阀门声源传递矩阵113-120

5.

4.1 有源双端口模型114

5.

4.2 散射模型114-116

5.

4.3 泵、阀门等声源传递矩阵116-120

5.5 算例计算和浅析120-124

5.6 本章小结124-126

第6章 复杂管路系统传递矩阵及求解126-151

6.1 引言126

6.2 复杂管路系统的传递矩阵126-133

6.3 复杂管路系统的求解133-137

6.4 坐标转换137-139

6.5 算例计算和浅析139-150

6.6 本章小结150-151

第7章 管路振动噪声试验探讨151-168

7.1 引言151

7.2 试验系统介绍151-155

7.

2.1 试验设计151-153

7.

2.2 试验仪器及系统153-155

7.3 管道振动噪声的测试与验证155-167
7.

3.1 直管振动噪声特性参数测试与验证155-159

7.

3.2 Y-型管振动噪声特性参数测试159-163

7.

3.3 十字型管振动噪声特性参数测试163-167

7.4 本章小结167-168
第8章 流体管道振动噪声性能浅析168-181
8.1 引言168
8.2 弯管振动噪声性能与浅析168-172
8.

2.1 不同弯管形式的影响168-170

8.

2.2 不同角度弯管170-171

8.

2.3 不同弯曲半径弯管171-172

8.3 分支管的振动噪声性能与浅析172-177
8.

3.1 三通分支172-174

8.

3.2 多点分支174-177

8.4 支撑对管路振动噪声性能的影响177-179
8.

4.1 支撑对管路振动噪声性能的影响浅析177-178

8.

4.2 不同支撑下振动噪声沿支撑传递的特性浅析178-179

8.5 本章小结179-181
结论181-183
参考文献183-198
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果198-199
致谢199-200
附录200-209
附录 A 管路系统传递矩阵具体推导200-209