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基于数值分析的液压系统管道流固耦合振动研究

作　者: 崔安娜
导　师: 杨超
学　校: 华东交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 液压系统管道 流固耦合 振动特性 特征线法 管液参数 固有频率
分类号: TH137
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


液压系统广泛应用于工业、农业领域,是一种典型的输液系统,随着液压系统向高压、大排量方向发展,其管道流固耦合振动问题将越来越突出,因此对该问题的研究,有着广阔的工程应用背景和重要的现实意义。论文首先介绍了偏微分方程和偏微分方程组的数值求解方法,包括网格差分格式、一阶迎风差分格式、用特征线构造差分格式及特征线法的优点,并对转化后的常微分方程组给出了求解方法,为后面的液压系统管道振动响应的数值仿真奠定理论基础。以机械管道振动仿真的预测步骤为指导,以液压系统管道为研究对象,采用一阶迎风差分格式和特征线法,对管道轴向振动4方程模型进行变换,得到便于数值处理的仿真模型,计算结果与实验结果的比较,验证了算法的有效性。采用最小波速等分管道进行仿真,通过仿真对液体压力和管道内力振动响应进行了分析,得到了液压系统管道轴向振动的响应特性。研究了管道结构参数对振动响应的影响,管道长度越长,管道的振动响应越明显;液体摩擦阻尼对管道振动响应具有明显的衰减作用;管道结构阻尼对液压系统的液体压力和管道内力的衰减作用很小,但对管道速度有较大的衰减作用;管道壁厚增加时,管道内力响应变化不大,液体压能增加,管道能量减少;管道内径增加时,管道内力变化不大,管道的振动能量增强,液体的振动能量减小;管道材料为铜管和钢管时,管道内力响应较大且振动的能量主要集中在液体里,采用PE管时,管道内力响应很小且振动时的能量主要集中在管道上。采用MOC-FFT的方法,研究、分析了液压系统管道的固有频率。首先采用MOC得到液压系统管道及液体的时域响应,再采用FFT对该响应进行分析,得到液压系统管道振动的固有频率特性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
主要符号说明  9-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 课题的来源  10
  1.2 课题的研究背景和意义  10-11
  1.3 输液管道流固耦合振动数值分析的研究概况  11-15
    1.3.1 国外输液管道轴向振动研究  11-12
    1.3.2 国内输液管道轴向振动研究  12
    1.3.3 输液管道系统时域响应分析方法研究  12-15
  1.4 输液管道系统的流固耦合形式  15-16
  1.5 论文的技术路线及内容安排  16-18
    1.5.1 论文研究的技术路线  16
    1.5.2 论文研究的内容安排  16-18
第二章 偏微分方程的的数值分析方法  18-26
  2.1 偏微分方程（组）的数值方法  18-22
    2.1.1 偏微分方程的数值方法  18-20
    2.1.2 偏微分方程组的数值方法  20-22
  2.2 线性方程组的数值方法  22-25
    2.2.1 LU 分解法  22-23
    2.2.2 全主元高斯-约当（Gauss-Jordan）消去法  23-24
    2.2.3 矩阵的QR 分解  24-25
  2.3 管道振动响应数值分析的步骤  25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 液压系统管道轴向振动响应数值分析  26-39
  3.1 输液管道流固耦合振动数值仿真分析步骤  26
  3.2 实验及仿真液压系统  26-27
  3.3 液压系统管道轴向振动4 方程模型  27-31
  3.4 管道振动时域响应的特征线法分析  31
  3.5 液压系统管道轴向振动响应分析  31-38
    3.5.1 模型及数值方法的验证  31-32
    3.5.2 划分网格的波速对仿真结果的影响  32-35
    3.5.3 液压系统管道耦合振动响应分析  35-38
  3.6 本章小结  38-39
第四章 液压系统管道参数对振动响应的影响  39-48
  4.1 管道长度对轴向振动响应的影响  39-40
  4.2 管道与液体间摩擦阻尼对振动响应的影响  40-42
  4.3 管道结构阻尼对振动响应的影响  42-43
  4.4 管道壁厚对振动响应的影响  43-44
  4.5 管道内径对振动响应的影响  44-46
  4.6 管道材料对振动响应的影响  46-47
  4.7 本章小结  47-48
第五章 液压系统输液管道的固有频率  48-56
  5.1 输液管道频域分析概述  48-49
  5.2 输液管道频域分析的研究方法  49-50
  5.3 液压系统管道的固有频率分析  50-55
  5.4 本章小结  55-56
第六章 总结与展望  56-58
  6.1 主要工作与结论  56
  6.2 本课题今后需进一步研究的地方  56-58
参考文献  58-61
附录 线性方程组的LU 分解法  61-64
个人简历 在读期间发表的学术论文  64-65
  个人简历  64
  已发表论文  64
  待发论文  64-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 液压传动
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