航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及航空输流管道的动力学设计技术领域，提出一种航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法和装置。该航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法根据相关参数建立航空输流管道的三维流固耦合动力学模型；根据动力学模型建立航空输流管道的三维流固耦合动力学运动方程；根据动力学运动方程得到有限维矩阵方程；根据有限维矩阵方程得到航空输流管道在预设脉动频率范围内的参数共振响应特性。得到了参数共振响应特性，可有效的避开共振区间，防止发生参数共振，提高了航空输流管道的使用寿命以及安全性。

【技术实现步骤摘要】
航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法和装置
本专利技术涉及航空输流管道的动力学设计
，尤其涉及一种航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法和装置。
技术介绍
航空液压、燃油管道系统具有介质传输和能量传递的重要作用。其载荷环境相比传统工业输流管道而言较为特殊。处于复杂的内部压力脉动和外部结构振动激励的综合作用。管内流体运动状态的变化会与管壁结构相互作用，会产生流固耦合现象，诱发管道结构发生振动。尤其是由泵源激励输送流体时，管道的流速一般不是理想稳定的，航空管道受泵的交变吸排油动作，管内流体大多情况下是脉动形式的流速。当流速、脉动频率和脉动幅值满足一定的条件时，输流管道便会发生参数共振。具体表现为，系统的负刚度项是时变的且其频率在系统固有频率的两倍或某两阶固有频率之和处发生的共振现象。这种参数共振会引发管内噪声扩散，管道寿命降低以及管接头的破坏，将严重影响到航空输流管道系统的安全性。因此、有必要提出一种新的航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法和装置。所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术航空输流管道无法预测参数共振响应特性而导致航空输流管道系统的安全性较低的不足，提供一种可以预测航空输流管道的参数共振响应特性从而提高航空输流管道安全性的航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法和装置。本专利技术的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本专利技术的实践而习得。根据本专利技术的一个方面，一种航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法，包括：根据相关参数建立航空输流管道的三维流固耦合动力学模型；根据所述动力学模型建立所述航空输流管道的三维流固耦合动力学运动方程；根据所述动力学运动方程得到有限维矩阵方程；根据所述有限维矩阵方程得到所述航空输流管道在预设脉动频率范围内的参数共振响应特性。在本公开的一种示例性实施例中，所述相关参数包括：几何参数，包括所述输流管道的内径、外径和总长度；物理参数，包括所述输流管道的弹性模量和密度；工况参数，包括所述输流管道内流体的平均流速、脉动幅值和脉动频率。在本公开的一种示例性实施例中，根据所述动力学运动方程得到有限维矩阵方程，包括：根据所述动力学运动方程采用伽辽金方法得到所述有限维矩阵方程。在本公开的一种示例性实施例中，根据所述有限维矩阵方程得到所述航空输流管道的参数共振响应特性，包括：根据所述有限维矩阵方程采用龙格库塔方法计算输流管道的参数共振响应特性。在本公开的一种示例性实施例中，所述参数共振响应特性包括：航空输流管道内流体速度在低于临界流速时航空输流管道的三维流固耦合参数共振响应特性和航空输流管道内流体速度超过临界流速时航空输流管道的三维流固耦合参数共振响应特性。在本公开的一种示例性实施例中，所述参数共振响应特性为预设脉动频率范围内不同脉动频率所对应航空输流管道的振动幅值。在本公开的一种示例性实施例中，所述航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法还包括：对所述动力学矩阵方程进行特征值分析得到固有频率。在本公开的一种示例性实施例中，所述固有频率包括：航空输流管道内流体速度在低于临界流速时航空输流管道的固有频率和航空输流管道内流体速度超过临界流速时航空输流管道的固有频率。在本公开的一种示例性实施例中，根据所述固有频率检测所述参数共振响应特性的准确性。根据本公开的一个方面，提供一种航空管道三维流固耦合参数共振响应特性的预测装置，包括：模型建立模块，用于建立航空输流管道的三维流固耦合动力学模型；方程建立模块，用于根据所述动力学模型建立航空管道三维流固耦合动力学矩阵方程；方程转换模块，用于根据动力学矩阵方程得到有限维矩阵方程；计算模块，用于根据所述有限维矩阵方程得到所述航空输流管道的参数共振响应特性。由上述技术方案可知，本专利技术具备以下优点和积极效果中的至少之一：本专利技术航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法，根据相关参数建立航空输流管道的三维流固耦合动力学模型；根据动力学模型建立三维流固耦合动力学运动方程，进而得到有限维矩阵方程，然后通过有限维矩阵方程得到航空输流管道在预设脉动频率范围内的参数共振响应特性；得到了参数共振响应特性，可有效的避开共振区间，防止发生参数共振，提高了航空输流管道的使用寿命以及安全性。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1是本专利技术航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法的流程图；图2是相关参数的示意图；图3是固有频率的求解过程示意图；图4是参数共振响应特性的分类图；图5是航空输流管道的三维流固耦合动力学模型示意图；图6是航空输流管道面内屈曲前后固有频率的示意图；图7是航空输流管道面外屈曲前后固有频率的示意图；图8是屈曲前幅频响应曲线；图9至图19是时间空间响应云图；图20至图28是脉动频率为ωp＝15的响应图；图29到图36是脉动频率为ωp＝45的响应图；图37至图41是脉动频率为ωp＝45的运动轨迹图；图42至图46是脉动频率为ωp＝400的运动轨迹图；图47是屈曲后幅频响应曲线；图48至图56是脉动频率为ωp＝14的响应图；图57至图65是脉动频率为ωp＝395的响应。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。本专利技术首先提供了一种航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法。参照图1所示，该航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法可以包括以下步骤：步骤S110，根据相关参数建立航空输流管道的三维流固耦合动力学模型；步骤S120，根据所述动力学模型建立所述航空输流管道的三维流固耦合动力学运动方程；步骤S130，根据所述动力学运动方程得到有限维矩阵方程；步骤S140，根据所述有限维矩阵方程得到所述航空输流管道在预设脉动频率范围内的参数共振响应特性。以下对上述步骤进行详细说明。在步骤S110中，根据相关参数建立航空输流管道的三维流固耦合动力学模型。在步骤S120中，根据所述动力学模型建立所述航空输流管道的三维流固耦合动力学运动方程。参照图2所示，相关参数可以包括几何参数、物理参数、工况参数几何参数可以包括输流管道的内径、外径和总长度；物理参数可以包括所述输流管道的弹性模量和密度；工况参数可以包括所述输流管道内流体的平均流速、脉动幅值和脉动频率。管道长度为L，单位长度质量为mp，杨氏模量为E，截面惯性矩为I，管道截面积为Ap，流体单位长度质量为mf，流体速度为U。管道的平衡状态沿着x轴，假设管道为欧拉梁模型，y-o-z平面两个相互垂直的位移分别为W(x,t)和V(x,t)。在本示例实施方式中，遵循以下假设：管道直径相对管道长度非常小，符合欧拉梁模型应用条件，管道剪切变形和转动惯量忽略不计；流体是无粘不可压缩的；重力影响忽略；不考虑管道外部轴向力和流体压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法，其特征在于，包括：根据相关参数建立航空输流管道的三维流固耦合动力学模型；根据所述动力学模型建立所述航空输流管道的三维流固耦合动力学运动方程；根据所述动力学运动方程得到有限维矩阵方程；根据所述有限维矩阵方程得到所述航空输流管道在预设脉动频率范围内的参数共振响应特性。

【技术特征摘要】
1.一种航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法，其特征在于，包括：根据相关参数建立航空输流管道的三维流固耦合动力学模型；根据所述动力学模型建立所述航空输流管道的三维流固耦合动力学运动方程；根据所述动力学运动方程得到有限维矩阵方程；根据所述有限维矩阵方程得到所述航空输流管道在预设脉动频率范围内的参数共振响应特性。2.根据权利要求1所述的航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法，其特征在于，所述相关参数包括：几何参数，包括所述输流管道的内径、外径和总长度；物理参数，包括所述输流管道的弹性模量和密度；工况参数，包括所述输流管道内流体的平均流速、脉动幅值和脉动频率。3.根据权利要求1所述的航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法，其特征在于，根据所述动力学运动方程得到有限维矩阵方程，包括：根据所述动力学运动方程采用伽辽金方法得到所述有限维矩阵方程。4.根据权利要求1所述的航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法，其特征在于，根据所述有限维矩阵方程得到所述航空输流管道的参数共振响应特性，包括：根据所述有限维矩阵方程采用龙格库塔方法计算输流管道的参数共振响应特性。5.根据权利要求4所述的航空管道三维流固耦合参数共振响应特性预测方法，其特征在于，所述参数共振响应特性包括：航空输流管道内流体速度在低于临界流速时航空输流管道的三维流...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳珠峰，李钱，刘伟，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61