基于ALK解法的输流管道防共振可靠性分析
发布时间：2021-11-22 03:41
输流管道广泛应用于航空航天等工业领域,宽频激励下的共振失效是引起管道破坏的重要原因。采用Euler-Bernoulli梁模型建立了输流管道控制方程,使用Galerkin加权余量法将振动控制高阶微分方程转化为N阶线性方程组,求得了N阶输流管道固有频率,并根据激振力上下界频率建立了防共振可靠性功能函数。考虑到功能函数为隐式,建立了基于主动学习的Kriging解法（Active Learning Kriging, ALK）的输流管道防共振可靠性分析方法,得到了输流管道共振失效概率,分析了管道参数、液体流速等对管道共振失效的影响。计算结果对于输流管道的防共振设计和优化具有重要意义。
【文章来源】：振动与冲击. 2019,38(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图1两端简支输流管道模型Fig．1Simplysupportedpipeconveyingfluidmodel
同，流速大小均值为0;②流速大小均值为10;③流速大小均值为20;④流速大小均值为30。影响防共振可靠性的各随机变量如表2所示。防共振可靠性计算结果如表3所示。由结果可以知道，随着液体流速的增大，一阶固有频率共振失效概率不断减小，而与此相反的是，二阶固有频率共振失效概率不断增大。根据李占营等［18］的结论，流速增大会导致刚度减小，进而导致固有频率降低，在此表现为一阶固有频率不断远离外激励频率，而二阶固有频率不断靠近外激励频率。此外，如图2所示，经ALK方法选出的训练点的外激励频率的上限和下限分别分布在640Hz和220Hz左右，有利于提高防共振可靠性失效表2输入变量的随机分布类型及参数Tab．2Distributionpatternsandparametersofinputvariables变量分布类型参数一参数二管道弹性模量/GPaGauss68．6×1093．43×109管道密度/(kg·m－3)Gauss2800140管道外直径/mGauss0．10．0005管道壁厚/mGauss0．0020．0001液体密度/(kg·m－3)Gauss100050外激励频率上限/(rad·s－1)Gauss64032外激励频率下限/(rad·s－1)Gauss22011流速/(m·s－1)Gauss工况100工况2100．5工况3201工况4301．5注:参数一表示变量分布的均值，参数二表示变量分布的标准差概率的计算精度。ALK方法除20个初始样本点外，通过EＲF方程主动选点的收敛速度是十分快的，以工况2的一阶固有频率防共振可靠性计算为例，共筛选出81个功能函数正负号预测错误风险最大的训练点，且大部分训练点都位于极限状态附近，提升了对目标功能函数的预测精度，同时也极?
图3工况2下ALK方法得到的DoEFig．3TheDoEobtainedwithALKsolutionundercondition2高，需选用均匀性很好的抽样方法。此外，ALK方法对于高维问题求解尚存在困难。5结论本文考虑输流管道在流固耦合作用下，联合Galerkin加权余量法和ALK方法，建立了一种新的输流管道防共振可靠性分析方法，并以两端简支输流管道为例进行了计算验证分析。首先，固有频率计算结果证明输流管道内液体流速的增大会影响管道固有频率不断下降。同时，防共振可靠性分析结果证明管道液体流速的增大会不断影响管道一阶固有频率不断远离外激励频率范围，二阶固有频率不断靠近外激励频率范围。本文中共振可靠性功能函数为隐式、非线性的，算例证明了所提方法能够有效地处理含隐式、非线性功能函数的复杂工程问题，为输流管道的防共振可靠性分析提供了参考。参考文献［1］LIYD，YANGYＲ．VibrationanalysisofconveyingfluidpipeviaHe’svariationaliterationmethod［J］．AppliedMathematicalModelling，2017，43:409-420．［2］韩涛，刘伟，张子骏，等．基于直曲组集算法的复杂液压管路固有频率分析［J］．振动与冲击，2018，37(7):13-22．HANTao，LIUWei，ZHANGZijun，etal．Naturalfrequencyanalysisofcomplexhydraulicpipelinesbasedonstraight-curvedpipelineassemblyalgorithm［J］．JournalofVibrationandShock，2018，37(7):13-22．［3］翟红波，吴子燕，刘永寿，等．两端简支输流管道共振可靠性分析［J］．振动与冲击，2012，31(12):160-164．ZHAIHongbo，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于直曲组集算法的复杂液压管路固有频率分析[J]. 韩涛,刘伟,张子骏,赵通来,刘永寿. 振动与冲击. 2018(07)
[2]某型飞机起落架机电液一体化可靠性分析[J]. 冯志杰,王煜阳,周昊. 兵器装备工程学报. 2018(01)
[3]基于两参数偏斜正Logistic失效分布的可靠性统计分析[J]. 李争,徐晓岭. 兵器装备工程学报. 2017(10)
[4]航空发动机管路流固耦合振动的固有频率分析[J]. 李占营,王建军,邱明星. 航空发动机. 2017(01)
[5]弹性地基上输流管道主参数共振的主动振动控制[J]. 王忠民,邹德志,姜全友. 振动与冲击. 2016(04)
[6]随机参数高速电梯轿厢系统共振可靠性灵敏度研究[J]. 张瑞军,司鑫鑫,杨围围,董明晓. 振动与冲击. 2015(06)
[7]考虑失效状态模糊性时的笛形管广义共振可靠性分析[J]. 何新党,苟文选,刘永寿,高宗战,张峰. 西北工业大学学报. 2014(02)
[8]两端简支输流管道共振可靠度分析[J]. 翟红波,吴子燕,刘永寿,岳珠峰. 振动与冲击. 2012(12)
[9]基于Kriging模型的充液管道共振非概率可靠性分析[J]. 张屹尚,刘永寿,赵彬,岳珠峰. 振动工程学报. 2012(02)
本文编号：3510861
【文章来源】：振动与冲击. 2019,38(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图1两端简支输流管道模型Fig．1Simplysupportedpipeconveyingfluidmodel
同，流速大小均值为0;②流速大小均值为10;③流速大小均值为20;④流速大小均值为30。影响防共振可靠性的各随机变量如表2所示。防共振可靠性计算结果如表3所示。由结果可以知道，随着液体流速的增大，一阶固有频率共振失效概率不断减小，而与此相反的是，二阶固有频率共振失效概率不断增大。根据李占营等［18］的结论，流速增大会导致刚度减小，进而导致固有频率降低，在此表现为一阶固有频率不断远离外激励频率，而二阶固有频率不断靠近外激励频率。此外，如图2所示，经ALK方法选出的训练点的外激励频率的上限和下限分别分布在640Hz和220Hz左右，有利于提高防共振可靠性失效表2输入变量的随机分布类型及参数Tab．2Distributionpatternsandparametersofinputvariables变量分布类型参数一参数二管道弹性模量/GPaGauss68．6×1093．43×109管道密度/(kg·m－3)Gauss2800140管道外直径/mGauss0．10．0005管道壁厚/mGauss0．0020．0001液体密度/(kg·m－3)Gauss100050外激励频率上限/(rad·s－1)Gauss64032外激励频率下限/(rad·s－1)Gauss22011流速/(m·s－1)Gauss工况100工况2100．5工况3201工况4301．5注:参数一表示变量分布的均值，参数二表示变量分布的标准差概率的计算精度。ALK方法除20个初始样本点外，通过EＲF方程主动选点的收敛速度是十分快的，以工况2的一阶固有频率防共振可靠性计算为例，共筛选出81个功能函数正负号预测错误风险最大的训练点，且大部分训练点都位于极限状态附近，提升了对目标功能函数的预测精度，同时也极?
图3工况2下ALK方法得到的DoEFig．3TheDoEobtainedwithALKsolutionundercondition2高，需选用均匀性很好的抽样方法。此外，ALK方法对于高维问题求解尚存在困难。5结论本文考虑输流管道在流固耦合作用下，联合Galerkin加权余量法和ALK方法，建立了一种新的输流管道防共振可靠性分析方法，并以两端简支输流管道为例进行了计算验证分析。首先，固有频率计算结果证明输流管道内液体流速的增大会影响管道固有频率不断下降。同时，防共振可靠性分析结果证明管道液体流速的增大会不断影响管道一阶固有频率不断远离外激励频率范围，二阶固有频率不断靠近外激励频率范围。本文中共振可靠性功能函数为隐式、非线性的，算例证明了所提方法能够有效地处理含隐式、非线性功能函数的复杂工程问题，为输流管道的防共振可靠性分析提供了参考。参考文献［1］LIYD，YANGYＲ．VibrationanalysisofconveyingfluidpipeviaHe’svariationaliterationmethod［J］．AppliedMathematicalModelling，2017，43:409-420．［2］韩涛，刘伟，张子骏，等．基于直曲组集算法的复杂液压管路固有频率分析［J］．振动与冲击，2018，37(7):13-22．HANTao，LIUWei，ZHANGZijun，etal．Naturalfrequencyanalysisofcomplexhydraulicpipelinesbasedonstraight-curvedpipelineassemblyalgorithm［J］．JournalofVibrationandShock，2018，37(7):13-22．［3］翟红波，吴子燕，刘永寿，等．两端简支输流管道共振可靠性分析［J］．振动与冲击，2012，31(12):160-164．ZHAIHongbo，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于直曲组集算法的复杂液压管路固有频率分析[J]. 韩涛,刘伟,张子骏,赵通来,刘永寿. 振动与冲击. 2018(07)
[2]某型飞机起落架机电液一体化可靠性分析[J]. 冯志杰,王煜阳,周昊. 兵器装备工程学报. 2018(01)
[3]基于两参数偏斜正Logistic失效分布的可靠性统计分析[J]. 李争,徐晓岭. 兵器装备工程学报. 2017(10)
[4]航空发动机管路流固耦合振动的固有频率分析[J]. 李占营,王建军,邱明星. 航空发动机. 2017(01)
[5]弹性地基上输流管道主参数共振的主动振动控制[J]. 王忠民,邹德志,姜全友. 振动与冲击. 2016(04)
[6]随机参数高速电梯轿厢系统共振可靠性灵敏度研究[J]. 张瑞军,司鑫鑫,杨围围,董明晓. 振动与冲击. 2015(06)
[7]考虑失效状态模糊性时的笛形管广义共振可靠性分析[J]. 何新党,苟文选,刘永寿,高宗战,张峰. 西北工业大学学报. 2014(02)
[8]两端简支输流管道共振可靠度分析[J]. 翟红波,吴子燕,刘永寿,岳珠峰. 振动与冲击. 2012(12)
[9]基于Kriging模型的充液管道共振非概率可靠性分析[J]. 张屹尚,刘永寿,赵彬,岳珠峰. 振动工程学报. 2012(02)
本文编号：3510861
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