船舶输流管道系统的振动研究

发布时间：2017-04-24 04:00

  本文关键词：船舶输流管道系统的振动研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 管道是船舶动力装置的重要组成部分,管道振动是动力装置振动的重要方面。强烈的管道振动会使设置在管道间的附属设备,特别是各种焊缝、管路支架等连接处经受反复交变的振动应力作用,使管道受到附加的疲劳载荷,促使疲劳裂纹的形成与扩展,产生松动,泄漏甚至爆炸事故。对于大型船舶,各种不同管径的管道纵横交错地布置在船舶的甲板及各种舱室中,由于液体的压力脉动和甲板的振动,管道会发生振动甚至剧烈地振动,管道振动会降低管道的输送效率,引起结构振动疲劳,甚至由此导致管系结构破坏,造成重大的经济损失。无论是对船舶管道系统还是对一般工业管道系统而言,管道振动的消减至关重要。本文的目的就是通过对管道系统固有振动特性和振动响应进行分析,从而在设计和安装过程中就把管道振动降到最低的水平,减少因管道振动而引起的事故。 本文的主要研究内容如下: 1.采用三维建模软件SolidWorks建立管道的几何模型,再利用有限元前后处理软件MSC.Patran建立管道的有限元模型,将有限元模型导入求解器MSC.Nastran中求解,获得了管道的计算模态频率和振型。 2.对管道系统进行了实验模态分析,利用LMS数据采集与分析系统测得了管道的实验模态频率和振型,并对结果进行了分析。通过实验模态和计算模态的对比,表明计算模态是可靠和准确的,从而验证了管道有限元模型的正确性。 3.通过对管道进行受力分析,计算了管道内由于压力脉动引起的激振力;随后通过有限元动力学分析对管道的振动响应进行了计算。采用实验的方法对管道的振动响应进行了测试,将测试数据与理论计算结果进行了对比分析,并分析了管道的各种减振措施。
【关键词】：管道振动 固有频率 振型 有限元法 实验模态分析
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U664.84
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 国内外研究的发展现状10-13
• 1.2.1 国外研究概况11-12
• 1.2.2 国内研究概况12-13
• 1.3 本文研究内容13-15
• 第2章 有限元法与计算分析软件15-25
• 2.1 有限元分析法15-18
• 2.1.1 有限单元法原理15-17
• 2.1.2 有限元法分析步骤17-18
• 2.2 有限元软件(PATRAN)分析平台18-23
• 2.2.1 几何建模19
• 2.2.2 网格划分19-22
• 2.2.3 位移载荷与边界条件22
• 2.2.4 其它注意事项22-23
• 2.3 Nastran后处理软件介绍23-25
• 第3章 管道系统振动特性理论计算25-41
• 3.1 模态分析概述25-26
• 3.2 有限元法在振动分析中的应用26-27
• 3.3 复杂管系的有限元分析方法27-35
• 3.3.1 有限单元法的主要步骤27
• 3.3.2 单元的划分27-28
• 3.3.3 单元刚度矩阵和单元质量矩阵的建立28-33
• 3.3.4 阻尼矩阵的计算33-34
• 3.3.5 管道振动体系的固有参数计算方法34-35
• 3.4 管道系统的模态分析35-41
• 3.4.1 研究模型的描述35-36
• 3.4.2 管道三维实体建模36-37
• 3.4.3 力学模型的简化及模型的导入37
• 3.4.4 网格划分37-38
• 3.4.5 边界条件的确定38
• 3.4.6 材料物性参数38
• 3.4.7 结果分析38-41
• 第4章 管道系统振动特性实验研究41-61
• 4.1 试验模态分析概述41-46
• 4.1.1 试验模态分析理论与方法41-42
• 4.1.2 模态参数识别方法42-46
• 4.2 管道系统的实验模态分析46-59
• 4.2.1 实验内容46-47
• 4.2.2 实验仪器与测试系统47-52
• 4.2.3 实验数据采集52
• 4.2.4 实验模态结果分析52-59
• 4.3 计算模态和实验模态的结果对比59-61
• 第5章 管道系统动力响应分析61-77
• 5.1 管道的受力分析61-63
• 5.2 管内液体脉动压力计算63-64
• 5.3 管道系统动力响应分析64-69
• 5.3.1 管道在流量10m~3/h工况下的振动响应64-66
• 5.3.2 管道在流量50m~3/h工况下的振动响应66-68
• 5.3.3 管道在流量90m~3/h工况下的振动响应68-69
• 5.4 管道振动响应的测试69-75
• 5.4.1 实验仪器70-71
• 5.4.2 测试系统71
• 5.4.3 测试结果分析71-75
• 5.5 减振措施75-77
• 5.5.1 减小振动源的影响75-76
• 5.5.2 调整流体管道的系统设置76
• 5.5.3 加装消振或滤波元件76-77
• 第6章 结论与展望77-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文83

【引证文献】

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本文编号：323509