[發(fā)明專利]一種用于輸流管振動(dòng)控制的被動(dòng)振動(dòng)控制器設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710394133.5
• 申請(qǐng)日: 2017-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107169220B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段楠;孫希明;杜憲;李玉鵬;仲崇權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

1.一種用于輸流管振動(dòng)控制的被動(dòng)振動(dòng)控制器設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其中，用于輸流管振動(dòng)控制的被動(dòng)振動(dòng)控制器，由兩個(gè)非線性能量阱NES1和NES2組成，三次非線性彈簧K₁、速度阻尼器C₁和質(zhì)量塊m_NES1構(gòu)成非線性能量阱NES1，三次非線性彈簧K₂，速度阻尼器C₂和質(zhì)量塊m_NES2構(gòu)成非線性能量阱NES2；NES1和NES2平行方式連接后構(gòu)成被動(dòng)振動(dòng)控制器；將被動(dòng)振動(dòng)控制器垂直于輸流管軸線并自然下垂安裝于輸流管上，即實(shí)現(xiàn)對(duì)輸流管管道振動(dòng)的控制；

步驟如下：

步驟1：所述的用于輸流管振動(dòng)控制的被動(dòng)振動(dòng)控制器中的被動(dòng)振動(dòng)控制器用來(lái)吸收由于流體進(jìn)入輸流管管道時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)能量；在不考慮重力、內(nèi)部阻尼、外部施加張力以及增壓效果情況下，則輸流管-被動(dòng)振動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)方程寫成如下形式：

其中，Y(X,T)是輸流管的縱向位移，相應(yīng)地，和分別是被動(dòng)振動(dòng)控制器中兩個(gè)非線性能量阱NES1和NES2的縱向位移；EI是輸流管的抗彎剛度，λ是輸流管的粘彈性系數(shù)，_Mf是輸流管內(nèi)流體的質(zhì)量，m_p是輸流管本身的質(zhì)量；m_NES1和m_NES2分別表示被動(dòng)振動(dòng)控制器中兩個(gè)非線性能量阱NES1和NES2的質(zhì)量，二者的和表示被動(dòng)振動(dòng)控制器的總質(zhì)量；V表示輸流管內(nèi)流體的流動(dòng)速度；D表示被動(dòng)振動(dòng)控制器的安裝位置；K₁，K₂則分別表示被動(dòng)振動(dòng)控制器中兩個(gè)非線性能量阱NES1和NES2的非線性剛度；C₁和C₂則表示被動(dòng)振動(dòng)控制器中兩個(gè)非線性能量阱NES1和NES2的阻尼；

步驟2：對(duì)輸流管-被動(dòng)振動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行數(shù)值處理

通過(guò)利用標(biāo)準(zhǔn)Galerkin型項(xiàng)，將式(1)轉(zhuǎn)換為有限維的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，因此，輸流管-被動(dòng)振動(dòng)控制器系統(tǒng)的位移被展開(kāi)成如下形式：

其中φ_r(x)是輸流管在無(wú)阻尼自由振動(dòng)情況下的特征函數(shù)，q_r(x)是離散系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)；

將式(2)帶入到式(1)中，并進(jìn)行無(wú)量綱化

得到如下形式方程組：

式中，φ_r(x)＝sin(λ_rx)，λ_r＝rπ；

為了方便做數(shù)值運(yùn)算，以及對(duì)被動(dòng)振動(dòng)控制器的振動(dòng)控制效果的對(duì)比分析與控制器的優(yōu)化，上述方程組改寫成如下形式：

其中，

步驟3：振動(dòng)抑制效果的分析說(shuō)明及被動(dòng)振動(dòng)控制器的優(yōu)化

本方法通過(guò)數(shù)值仿真的方法，對(duì)比不同情況下輸流管管道的振動(dòng)情況，來(lái)分析使用本方法設(shè)計(jì)的被動(dòng)振動(dòng)控制器對(duì)輸流管振動(dòng)的控制情況；

最后，根據(jù)該被動(dòng)振動(dòng)控制器對(duì)振動(dòng)能量的吸收率公式7，利用數(shù)值仿真方法對(duì)本方法振動(dòng)控制器進(jìn)行優(yōu)化分析