[發(fā)明專利]一種基于模態(tài)數(shù)頻段劃分的泵振動(dòng)數(shù)值計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010084032.X
• 申請(qǐng)日: 2020-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN111339698A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勇;曹滿輝;潘琦;吳璞;張立新;朱建成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種基于模態(tài)數(shù)頻段劃分的泵振動(dòng)數(shù)值計(jì)算方法，包括以下步驟：通過試驗(yàn)或計(jì)算得出結(jié)構(gòu)泵的模態(tài)數(shù)N和模態(tài)數(shù)N對(duì)應(yīng)的特征頻率；根據(jù)得到的模態(tài)數(shù)N分別確定結(jié)構(gòu)泵的在低頻段、中頻段和高頻段的頻率范圍；分別建立低頻段、中頻段和高頻段的聲學(xué)模型，求解各頻段振動(dòng)；將各個(gè)頻段的振動(dòng)進(jìn)行全頻段耦合，得到結(jié)構(gòu)泵的全頻段振動(dòng)。本發(fā)明用結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)N來定義頻段范圍，并對(duì)不同頻段采用對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法耦合求解全頻段振動(dòng)。該方法的目的是為了針對(duì)不同泵的結(jié)構(gòu)材料屬性與結(jié)構(gòu)，進(jìn)而通過實(shí)驗(yàn)方法或者數(shù)值計(jì)算方法得出泵結(jié)構(gòu)的模態(tài)數(shù)與其所對(duì)應(yīng)的特征頻率，從而通過模態(tài)數(shù)的多少來劃分頻段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及泵振動(dòng)分析領(lǐng)域，特別涉及一種基于模態(tài)數(shù)頻段劃分的泵振動(dòng)數(shù)值計(jì)算方法。

背景技術(shù)

泵作為重要的能量轉(zhuǎn)換裝置和流體輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門，以及潛艇、艦船、航空航天等尖端技術(shù)領(lǐng)域。水泵產(chǎn)生的振動(dòng)目前已成為工廠、泵站、潛艇、艦船和住宅小區(qū)等的主要影響源之一。泵振動(dòng)不僅涉及水動(dòng)力流體載荷、結(jié)構(gòu)響應(yīng)，還涉及結(jié)構(gòu)與聲腔的聲振耦合，產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜且涉及頻率范圍寬，而目前對(duì)于泵全頻段振動(dòng)的精確模擬存在瓶頸，目前有限元法(Finite Element Method，F(xiàn)EM)和統(tǒng)計(jì)能量分析法(Statistical Energy Analysis，SEA)是預(yù)測(cè)離心泵流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)的重要方法。然而，F(xiàn)EM法計(jì)算過程中會(huì)因頻率的不斷增加和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜而導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間變長(zhǎng)和誤差變大，故不適合中高頻段的振動(dòng)預(yù)測(cè)；其適用于系統(tǒng)受整體模態(tài)控制，組件之間表現(xiàn)出強(qiáng)耦合性的低頻區(qū)，SEA法需要局部模態(tài)節(jié)點(diǎn)自由度之間的響應(yīng)滿足“非相關(guān)性”假設(shè)，故只適用于材料單一、模態(tài)密集的高頻段振動(dòng)預(yù)測(cè)。這時(shí)單一的有限元法、統(tǒng)計(jì)能量分析法都不能有效、準(zhǔn)確、便捷的進(jìn)行分析計(jì)算，這就引出的中頻問題。但是目前大部分學(xué)者都是運(yùn)用單一手段來求解泵全頻段振動(dòng)，這樣使得對(duì)于泵的全頻段振動(dòng)的計(jì)算存在巨大的不精確性，所以針對(duì)不同頻段采用不同計(jì)算方法從而耦合求解泵全頻段振動(dòng)是具有深遠(yuǎn)意義的。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于模態(tài)數(shù)頻段劃分的泵振動(dòng)數(shù)值計(jì)算方法，采用結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)N來定義頻段范圍，并對(duì)不同頻段采用對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法耦合求解全頻段振動(dòng)。該方法的目的是為了針對(duì)不同泵的結(jié)構(gòu)材料屬性與結(jié)構(gòu)，進(jìn)而通過實(shí)驗(yàn)方法或者數(shù)值計(jì)算方法得出泵結(jié)構(gòu)的模態(tài)數(shù)與其所對(duì)應(yīng)的特征頻率，從而通過模態(tài)數(shù)的多少來劃分頻段。本發(fā)明能夠針對(duì)結(jié)構(gòu)泵有效的劃分頻段范圍，且提高了全頻段泵的振動(dòng)數(shù)值計(jì)算的精確性，為泵降噪提供理論基礎(chǔ)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種基于模態(tài)數(shù)頻段劃分的泵振動(dòng)數(shù)值計(jì)算方法，包括以下步驟：

通過試驗(yàn)或計(jì)算得出結(jié)構(gòu)泵的模態(tài)數(shù)N和模態(tài)數(shù)N對(duì)應(yīng)的特征頻率；

根據(jù)得到的模態(tài)數(shù)N分別確定結(jié)構(gòu)泵的在低頻段、中頻段和高頻段的頻率范圍；

分別建立低頻段、中頻段和高頻段的聲學(xué)模型，求解各頻段振動(dòng)；

將各個(gè)頻段的振動(dòng)進(jìn)行全頻段耦合，得到結(jié)構(gòu)泵的全頻段振動(dòng)。

進(jìn)一步，通過計(jì)算得出結(jié)構(gòu)泵的模態(tài)數(shù)N具體為：

N＝n(f)Δf

式中，n(f)為結(jié)構(gòu)泵各部件的模態(tài)密度，Δf為結(jié)構(gòu)泵的帶寬。

進(jìn)一步，確定結(jié)構(gòu)泵的在低頻段、中頻段和高頻段的頻率范圍，具體為：

當(dāng)N＜＜1時(shí)，則結(jié)構(gòu)泵處于低頻段；

當(dāng)1N＜＜6時(shí)，則結(jié)構(gòu)泵處于中頻段，

當(dāng)N6時(shí)，則結(jié)構(gòu)泵處于高頻段。

進(jìn)一步，建立低頻段的聲學(xué)模型求解低頻段振動(dòng)，具體為：