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金属波纹管隔振特性的研究

作　者: 李长治
导　师: 马伟
学　校: 河南科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 金属波纹管激振频率减振效果振动试验
分类号: TB535
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

金属波纹管是一类圆柱形薄壁的弹性壳体，其横向带有波纹，在管路系统中主要起到减振降噪的作用。在实际工况中，为了提高金属波纹管的减振降噪效果，需要对其隔振特性进行研究。本文以DN219金属波纹管为对象，采用数值仿真和试验相结合的方法进行研究。利用ANSYS有限元分析软件建立了金属波纹管的有限元模型，研究几何参数、结构构型及阻尼材料特性对金属波纹管减振效果的影响，最后通过试验对模型进行验证。仿真结果表明：当激振频率为40Hz时，该金属波纹管的减振效果随着波高及波数的增加而增大，随着波距、壁厚、直径及阻尼材料的弹性模量的增加而减小，随着阻尼材料的厚度的增加先增大后减小；当激振频率为13.5Hz时，该金属波纹管的减振效果随着波高、波距、壁厚、直径、波数及阻尼材料的弹性模量的增加先减小后增大。金属波纹管减振效果与阻尼材料薄厚的关系比较复杂。当阻尼材料厚度小于0.1mm时，随着阻尼材料厚度的增加而减小，阻尼材料厚度大于0.1mm小于0.2mm时，随着阻尼材料厚度的增加而增大，阻尼材料厚度大于0.2mm小于0.3mm时，随着阻尼材料厚度的增加而减小，阻尼材料厚度大于0.3mm时，随着阻尼材料厚度的增加而增大；当激振频率为5Hz时，该金属波纹管的减振效果随着波高及波数的增加而减小，随着波距、壁厚、直径及阻尼材料的弹性模量的增加而增大，随着阻尼材料的厚度的增加先减小后增大。接着对DN219金属波纹管进行振动试验研究，将试验得到的结果和有限元分析的结果进行对比，得知两者之差在工程上可接受的范围之内，从而验证了有限元模型的正确性。本文研究结果对金属波纹管的设计具有一定的参考价值。本文还对DN550金属波纹管进行了试验研究，分别采用负脉冲法和锤击法对无粘性阻尼金属波纹管进行自由振动试验，比较两者的激振效果得知，锤击法虽然试验方便、花费少，但其能量有限且不易控制，对于轻型结构系统可以采用，对大型高刚度的挠性接管就不宜采用；而负脉冲法能够较稳定地输入冲击能量，可以充分激发出所关注的共振频率。当层与层之间加入粘性阻尼材料以后，动态刚度和阻尼系数降低，这主要是由于挠性接管层间摩擦阻尼大于粘性材料的阻尼；试验还表明层间粘性阻尼材料可有效衰减高频振动。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-10
第1章绪论  10-14
  1.1 波纹管概述  10-11
  1.2 波纹管的研究方法  11-12
  1.3 国内外研究现状  12
  1.4 课题研究意义  12-13
  1.5 课题研究内容  13
  1.6 课题来源  13-14
第2章粘弹性阻尼材料简介和振动基本理论  14-24
  2.1 引言  14
  2.2 阻尼材料的发展  14
  2.3 粘弹性阻尼铺层的铺设方式  14-16
  2.4 粘弹性结构动力学分析  16-18
  2.5 振动基本理论  18-23
    2.5.1 系统运动微分方程的建立和求解  18-19
    2.5.2 隔振原理  19-20
    2.5.3 基础柔性时的隔振效果  20-22
    2.5.4 隔振效果的评价指标  22-23
  2.6 小结  23-24
第3章测试系统简介和有限元仿真基本理论  24-34
  3.1 引言  24
  3.2 测试系统的基本特征  24-26
    3.2.1 测试系统的概念  24
    3.2.2 测试系统的发展  24-25
    3.2.3 测试系统的动态响应特性  25-26
  3.3 采样信号的 Fourier 变换  26-28
    3.3.1 时域采样  26-27
    3.3.2 频域采样  27-28
  3.4 静力学分析过程  28-30
  3.5 动力学中的方程  30-33
    3.5.1 模态分析理论  30-32
    3.5.2 模态分析的有限元法  32-33
  3.6 小结  33-34
第4章金属波纹管隔振特性的研究  34-48
  4.1 引言  34
  4.2 金属波纹管有限元建模  34-36
    4.2.1 金属波纹管的基本参数  35
    4.2.2 单元类型选择和法兰盘的处理  35
    4.2.3 有限元模型网格划分  35
    4.2.4 边界条件的确定和有限元模型的假设  35-36
  4.3 金属波纹管减振效果的研究  36-47
    4.3.1 几何参数对金属波纹管减振效果的影响  37-42
    4.3.2 结构构型对金属波纹管减振效果的影响  42-44
    4.3.3 阻尼材料的特性对金属波纹管减振效果的影响  44-47
  4.4 小结  47-48
第5章金属波纹管隔振特性试验研究  48-66
  5.1 试验模态分析  48-49
    5.1.1 试验模态分析系统的组成  48-49
    5.1.2 试验模态分析的方法  49
  5.2 DN550 金属波纹管的振动试验  49-61
    5.2.1 试验目的  49-50
    5.2.2 试验的主要仪器和金属波纹管的基本参数  50-51
    5.2.3 测试系统的设计  51-54
    5.2.4 动态参数的识别  54-56
    5.2.5 试验结果分析  56-61
    5.2.6 试验结论  61
  5.3 DN219 金属波纹管的振动试验  61-64
    5.3.1 试验目的  61
    5.3.2 试验样件的基本参数和设备  61-62
    5.3.3 测试系统的设计  62
    5.3.4 试验结果分析  62-64
    5.3.5 试验结论  64
  5.4 小结  64-66
第6章结论  66-68
  6.1 总结  66-67
  6.2 工作展望  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间的研究成果  72

金属波纹管隔振特性的研究

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