金属波纹管流固耦合动态特性分析与试验研究

发布时间：2021-11-25 10:34

　　针对U型金属波纹管在管路连接中的减隔振特性,分别用理论分析、数值模拟和物理试验研究波纹管的模态、频响曲线等动态力学性能及流固耦合状态下的结构变形行为。首先,通过波纹管动态试验求出轴向和弯曲方向的扫频曲线,将其与仿真分析的固有频率和频响曲线比较,验证模型的准确性。其次,通过协同仿真引擎求解不同流速下流体与波纹管结构间的相互影响。结果表明:流固耦合状态下整体频率降低,对流体载荷引发的波纹管振动,其位移随时间呈一定周期波动,湍流扩大了位移幅值。另外,在低流速情况下,重力方向有较大振动。在流体介质部分,主体流速较初始速度增加10%,在接近壁面处波纹导致涡旋耗散部分能量。 

【文章来源】：兵器材料科学与工程. 2020,43(05)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

波纹管前四阶振型及其固有频率

谐响应分析用于确定线性结构在承受正弦载荷时的稳态响应，目的是计算出结构在几种频率下的响应并求得频响曲线。利用上述仿真模型，分别对波纹管轴向和弯曲方向按上文动态试验进行仿真分析。波纹管在弯曲方向1 N和轴向10 N正弦力激励下的频响曲线，如图8所示。可以看出，由仿真得到的弯曲方向谐振频率为14.169 2 Hz，与动态试验的14.383 Hz较接近，误差约为2%。由仿真得到的轴向谐振频率为34.695 1 Hz，与动态试验的33.416 Hz相比，误差约为4%。通过对波纹管模型动态仿真分析，求出弯曲方向和轴向的谐振频率，并与动态试验结果对比，两者数据较吻合，验证了仿真模型的准确性。2 波纹管的流固耦合分析

在Abaqus中用声固耦合进行波纹管在流固耦合状态的稳态响应分析，其声学单元可模拟包括流固介质间动态交互作用。在建立波纹管内水域模型，水的体积模量为2 180 MPa，施加与上文一致的载荷并进行对比，由仿真得到弯曲方向频响曲线，如图9所示。轴向频响曲线，如图10所示。在受弯曲方向激振力为1 N时，波纹管结构的谐振频率为13.886 5 Hz；在受轴向激振力为10 N时，波纹管结构的谐振频率为33.602 7 Hz。可以看出，在考虑波纹管中有水介质存在时，弯曲方向和轴向谐振频率都有所降低，表明水介质对波纹管的振动频率有一定影响。由于考虑水介质，模型整体质量增加，谐振频率下降。其中轴向振动位移曲线更圆滑，原因是波纹段由于水介质增大了系统阻尼，使得在轴向激励作用下整体位移幅值明显减少，即曲线更圆滑。而相比弯曲方向，位移幅值无明显差别，谐振频率降低，在1 N激振力条件下对弯曲方向振动影响不大。波纹管中因为流体而引发振动的情况较普遍，在波纹管设计与应用中不能忽略流场对波纹管的影响，要充分考虑波纹管与流体间的相互作用。图1 0 波纹管轴向频响曲线（10 N)

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3517962