基于液壓柔性管道流固耦合振動(dòng)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(lì)下，會(huì)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(huì)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(dòng)。(3)加劇液壓管道內(nèi)部液壓油油壓的波動(dòng)。液壓管道系統(tǒng)固有頻率的降低，會(huì)導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)過程中，管道系統(tǒng)固有頻率計(jì)算的失準(zhǔn)，從而造成管道系統(tǒng)的共振，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致管道的破裂。管道的劇烈振動(dòng)，會(huì)加劇管道的疲勞破壞，降低管道的使用壽命，同時(shí)，

2、管道的劇烈振動(dòng)還會(huì)造成管道連接部件的松動(dòng)，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(dòng)會(huì)對(duì)液壓元件造成破壞，影響液壓元件的壽命，同時(shí)還會(huì)影響液壓元件的工作性能和測(cè)試精度。液壓柔性軟管相對(duì)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(huì)處于彎曲的狀態(tài)，彎曲的液壓軟管相對(duì)于液壓直管來說，由于Burdon耦合的存在，會(huì)導(dǎo)致液壓軟管的流固耦合振動(dòng)更加劇烈。因此，為了研究降低液壓柔性管道振動(dòng)的方法，合理的布局液壓管道，延長(zhǎng)

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(cè)試精度，本文進(jìn)行了如下研究。
　?。?）運(yùn)用伯努利-粱模型，通過對(duì)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(lì)下液壓管道流體耦合振動(dòng)數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)非恒定流體激勵(lì)下液壓管道流體耦合振動(dòng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到了脈動(dòng)的壓力、液壓沖擊激勵(lì)以及處于彎曲狀態(tài)的液壓管道流固耦合振動(dòng)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(lì)下的流固耦合振動(dòng)特性，以及影響液壓柔性管道流固耦合振動(dòng)特性的因素，本文通過四個(gè)仿真設(shè)計(jì)，來對(duì)液壓柔性管道在流體激勵(lì)下的流固耦合振動(dòng)特性進(jìn)行研究。設(shè)計(jì)方案一：通過對(duì)恒定流和脈動(dòng)流激勵(lì)下的液壓柔性管道流固耦合振動(dòng)特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)小幅度脈動(dòng)流激勵(lì)下的液壓管道流固耦合振動(dòng)特性會(huì)比恒定流激勵(lì)下的液壓管道流固耦合振動(dòng)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(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)管道的流固耦合振動(dòng)特性會(huì)隨著入口端流速的增大而加劇。得出了

5、脈動(dòng)流激勵(lì)下管道振動(dòng)位移最大振幅和脈動(dòng)頻率之間的關(guān)系曲線，分析了頻率對(duì)管道振動(dòng)特性的影響。設(shè)計(jì)方案二：研究恒定流激勵(lì)下不同曲率半徑的液壓柔性管道的流固耦合振動(dòng)特性，發(fā)現(xiàn)隨著曲率半徑的變小，管道的流固耦合振動(dòng)會(huì)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(dòng)越劇烈。設(shè)計(jì)方案三：研究恒定流激勵(lì)下不同管道壁厚的液壓柔性管道的

6、流固耦合振動(dòng)特性，發(fā)現(xiàn)液壓柔性管道壁厚的增加會(huì)降低管道的流固耦合振動(dòng)特性。得出了不同壁厚條件液壓柔性管道中間截面振動(dòng)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(huì)降低脈動(dòng)流激勵(lì)下的管道流固耦合振動(dòng)。設(shè)計(jì)方案四：研究了液壓沖擊激勵(lì)下，沖擊壓力和管道壁厚對(duì)管道流固耦合振動(dòng)特性的影響。得出了液壓沖擊激勵(lì)下，液壓柔性管道的振動(dòng)隨著沖擊壓力的增大而加劇，但是因?yàn)榱黧w能夠很快的分擔(dān)固體的振動(dòng)