[發明專利]隨機振動環境下輸流直管道減振設計方法

有效

• 申請號: 201810829554.0
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN109063305B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 張懷亮;李衛;瞿維;趙麗娜
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14;G06F111/10;G06F113/14
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

本發明公開了一種隨機振動環境下輸流直管道減振設計方法，包括如下步驟：建立隨機振動環境下輸流直管道振動數學模型；對數學模型進行求解，得到管道位移響應協方差和應力響應協方差的求解模型；確定優化的設計變量，建立約束條件，然后基于所求的管道位移響應協方差和應力響應協方差求解模型建立起目標函數；利用遺傳算法，對建立的目標函數進行求解，獲得全局最優解，即求解出使管道位移響應均方值及應力響應均方值最小的管道結構參數。本發明針對輸流直管道建立管道振動模型，并對其進行速度、應力和位移響應分析，再根據多目標遺傳算法確定設計后管道的結構參數，從而減小輸流直管道振動，提高管道系統的穩定性和安全性。

技術領域

本發明屬于管道減振技術領域，尤其涉及一種隨機振動環境下輸流直管道減振設計方法。

背景技術

處于復雜多變工況環境下的工程機械，如硬巖掘進機(TBM)、礦山機械等，工作過程中，載荷突變勢及自激振動必會使設備產生強烈振動，導致其上的液壓系統中的管道產生振動，振動類型一般為隨機振動。振動不僅會使管道應力加劇，導致管道容易出現應力疲勞損傷，影響到安全和施工進程，還會加劇流體能量流波動的不穩定進而影響下游驅動元件工作的穩定性。目前國內外對輸流直管道結構設計方法沒有考慮到隨機振動的影響或僅考慮到簡單正弦振動，而現實中管道所受激勵源一般為隨機振動，此外，現有管道設計方法多為單目標方法，即僅對單一目標進行設計，而隨機振動作用下的液壓直管道的設計是一個多個目標多約束問題，采用傳統方法易陷于局部極值，難以獲得全局最優解。因此，需要對隨機振動環境下輸流直管道的設計方法進行研究。

發明內容

本申請旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的目的之一在于提供一種準確、有效的隨機振動環境下輸流直管道減振設計方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種隨機振動環境下輸流直管道減振設計方法，包括如下步驟：

S1：建立隨機振動環境下輸流直管道振動數學模型；

S2：采用隨機振動離散分析方法對管道振動數學模型進行求解，得到管道位移響應協方差和應力響應協方差的求解式；

S3：確定優化的設計變量，建立約束條件，然后基于S2步驟中所求的管道位移響應協方差和應力響應協方差求解式建立起目標函數；

S4：利用遺傳算法，對S3步驟建立的目標函數進行求解，獲得全局最優解，即求解出使管道位移響應均方值及應力響應均方值最小的管道結構參數。

進一步的，所述振動數學模型為：

其中：[M]為直管道質量矩陣，[K]為直管道剛度矩陣，[C]為直管道阻尼矩陣，{y}為管道位移響應向量，{p}為載荷強度向量，表示載荷作用位置和強度，為橫向加速度白噪聲；及分別表示管道加速度和速度響應向量，即分別為位移的二階和一階導數。

進一步的，所述振動數學模型中直管道質量矩陣[M]、剛度矩陣[C]和阻尼矩陣[K]由對應的單元質量矩陣、單元剛度矩陣和單元阻尼矩陣組裝而成，其中：

整個管道系統的單元阻尼矩陣[C]_e為：

[C]_e＝[C_f]_e

整個管道系統的單元質量矩陣[M]_e為：

[M]_e＝[M_p]_e+[M_f]_e

整個管道系統的單元剛度矩陣[K]_e為：