载流管道传播能量流研究

刘红梅

(襄樊学院 机械与汽车工程学院, 湖北 襄樊 441053)

载流管道传播能量流研究

刘红梅

(襄樊学院 机械与汽车工程学院, 湖北 襄樊 441053)

研究基于主动力方式的充液圆柱壳结构传播功率流分析，比较进行主动控制前后传播能量流的性质. 振动能量流在外力作用点处输入到耦合系统以后，会随着振动波沿着壳体轴向传播. 输入的能量流有一半沿正向传播、而另一半则沿反向传播. 用各内力传播的功率流除以壳体中总的能量流，即可获得各内力所传播的能量流之间的相对值，从而确定振动波的性质是以弯曲波或拉伸波还是以扭转波为主.

载流管道；传播能量流; 主动控制

载流管道系统在电力、石油、石化工业的各类工业装置、舰船、飞行器以及日常生活中广泛应用. 管系中存在液体的压力脉动和管壁的结构振动，造成振动噪声环境污染，严重时导致管系或机器损坏. 结构振动功率流是研究结构振动，进行减振降噪的有效方法. 对结构振动功率流沿轴向传播进行研究分析，具有重要的现实意义.

1 圆柱壳在主控控制力(主动力为周向线力)作用前后的能量流传播过程

1.1 理论推导

图1 圆柱壳控制力

振动能量流在外力作用点处输入到耦合系统以后，会随着振动波沿着壳体轴向传播. 依据对称性，输入的能量流有一半沿正向传播、而另一半则沿反向传播，即能量流在x=L处的特性与它在x=－L处的特性一致.

沿着波传播的方向，任一截面x都有四个内力，即轴向力Nx、有效周向剪力Tx、有效径向剪力Sx和弯矩Mx，它们的表达式为：

式中 D = Eh /(1 −μ2)

与截面内力相对应的位移速度，分别是i uω 、i vω、iω w、iω∂w/∂x，由上面推导知这些内力所传播的能量流分别为：其中：上标“*”表示复共轭，并且Pnx代表纵向拉伸波、Ptx代表周向扭转波， Psx+Pmx代表径向弯曲波. 壳体中总的能量流为：Pto= Pnx+ Ptx+ Psx+ Pmx. 用各内力传播的功率流除以壳体中总的能量流，即可获得各内力所传播的能量流之间的相对值，从而确定振动波的性质，是以弯曲波、拉伸波、还是以扭转波为主.

1.2 设置参数

参数选取：弹性模量 E= 2.0× 1011N/m2，泊松比μ=0.3，壳体密度 ρs= 7800 kg/m3，水密度为，,，壳体半径R=1m，周向模态n=1，壳厚 h/ R =0.05

1.3 基于matlab编程的运行仿真图形

图2 充水圆柱壳中各壳体内力传播的能量流随距离的变化(左图为控制前，右图为控制后)

图3 充水圆柱壳传播能量流控制(左图为控制前, 右图为控制后)

2 结论

当不考虑流速时从图2可以看出，当n=0时，在低频时，主要以 Pnx(Pnx→ 1)为主，即此时壳体运动近似表现为纯拉伸波. 随着距离的变化可以看出：由于波的周期性，在波长的半个整数倍的位置纯拉伸波基本上转化成弯曲波，过了这个位置又继续以拉伸波为主. 这进一步证明了振动波的周期性. 通过比较图2两图可以看出控制前后各个内力的比例变化趋势基本相同，只是在波型改变位置有稍微差别，这是因为加主动力后，两个力产生的振动波会叠加，从而波长的半个整数倍位置也有所改变. 从图3还可以看出在n = 0,o migal = 0.3时在整个固液耦合系统振动主要以流体为主. 据此也可以采取不同的减振降噪措施.

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Propagation Power Flow in A Fluid-Filled Shell

LIU Hong-mei
(School of Mechanical and Automotive Engineering, Xiangfan University, Xiangfan 441053, China)

The active control method of propagation power flow of the hollow cylindrical shells is investigated in this paper, then it compares the natures of the propagation power flow before and after the active control. When the vibration flow was input to the coupled system at the external force point, the vibration flow will transmit in the shell axial direction. The half of the input flow transmits along forward direction, the other half transmits along the opposite direction. The total power flow was divided by the propagation power flow caused by each internal force, then the relative value of the propagation power flow can be gotten. So we can make sure of the properties of vibration wave: flexural wave, tensile wave or torsional wave?

Fluid-Filled shell; Propagation power flow; Active control

TE973.6

A

1009-2854(2010)05-0055-03

2010-03-15

刘红梅(1983— ), 女, 湖北襄樊人, 襄樊学院机械与汽车工程学院助教.

徐 杰)