針對(duì)U型金屬波紋管在管路連接中的減隔振特性,分別用理論分析、數(shù)值模擬和物理試驗(yàn)研究波紋管的模態(tài)、頻響曲線等動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及流固耦合狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)變形行為。首先,通過(guò)波紋管動(dòng)態(tài)試驗(yàn)求出軸向和彎曲方向的掃頻曲線,將其與仿真分析的固有頻率和頻響曲線比較,驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。其次,通過(guò)協(xié)同仿真引擎求解不同流速下流體與波紋管結(jié)構(gòu)間的相互影響。結(jié)果表明:流固耦合狀態(tài)下整體頻率降低,對(duì)流體載荷引發(fā)的波紋管振動(dòng),其位移隨時(shí)間呈一定周期波動(dòng),湍流擴(kuò)大了位移幅值。另外,在低流速情況下,重力方向有較大振動(dòng)。在流體介質(zhì)部分,主體流速較初始速度增加10%,在接近壁面處波紋導(dǎo)致渦旋耗散部分能量。 

【文章來(lái)源】：兵器材料科學(xué)與工程. 2020,43(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

波紋管前四階振型及其固有頻率

諧響應(yīng)分析用于確定線性結(jié)構(gòu)在承受正弦載荷時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，目的是計(jì)算出結(jié)構(gòu)在幾種頻率下的響應(yīng)并求得頻響曲線。利用上述仿真模型，分別對(duì)波紋管軸向和彎曲方向按上文動(dòng)態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行仿真分析。波紋管在彎曲方向1 N和軸向10 N正弦力激勵(lì)下的頻響曲線，如圖8所示�？梢钥闯觯煞抡娴玫降膹澢较蛑C振頻率為14.169 2 Hz，與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的14.383 Hz較接近，誤差約為2%。由仿真得到的軸向諧振頻率為34.695 1 Hz，與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的33.416 Hz相比，誤差約為4%。通過(guò)對(duì)波紋管模型動(dòng)態(tài)仿真分析，求出彎曲方向和軸向的諧振頻率，并與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，兩者數(shù)據(jù)較吻合，驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。2 波紋管的流固耦合分析

在Abaqus中用聲固耦合進(jìn)行波紋管在流固耦合狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析，其聲學(xué)單元可模擬包括流固介質(zhì)間動(dòng)態(tài)交互作用。在建立波紋管內(nèi)水域模型，水的體積模量為2 180 MPa，施加與上文一致的載荷并進(jìn)行對(duì)比，由仿真得到彎曲方向頻響曲線，如圖9所示。軸向頻響曲線，如圖10所示。在受彎曲方向激振力為1 N時(shí)，波紋管結(jié)構(gòu)的諧振頻率為13.886 5 Hz；在受軸向激振力為10 N時(shí)，波紋管結(jié)構(gòu)的諧振頻率為33.602 7 Hz。可以看出，在考慮波紋管中有水介質(zhì)存在時(shí)，彎曲方向和軸向諧振頻率都有所降低，表明水介質(zhì)對(duì)波紋管的振動(dòng)頻率有一定影響。由于考慮水介質(zhì)，模型整體質(zhì)量增加，諧振頻率下降。其中軸向振動(dòng)位移曲線更圓滑，原因是波紋段由于水介質(zhì)增大了系統(tǒng)阻尼，使得在軸向激勵(lì)作用下整體位移幅值明顯減少，即曲線更圓滑。而相比彎曲方向，位移幅值無(wú)明顯差別，諧振頻率降低，在1 N激振力條件下對(duì)彎曲方向振動(dòng)影響不大。波紋管中因?yàn)榱黧w而引發(fā)振動(dòng)的情況較普遍，在波紋管設(shè)計(jì)與應(yīng)用中不能忽略流場(chǎng)對(duì)波紋管的影響，要充分考慮波紋管與流體間的相互作用。圖1 0 波紋管軸向頻響曲線（10 N)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3517962