一种管路颗粒碰撞阻尼器及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种管路颗粒碰撞阻尼器及其设计方法，包括：通过第一螺栓、第一螺母连接在一起的一对半圆形夹持件；所述一对半圆形夹持件分别由两块钢板隔成三个空腔，空腔内部均装有颗粒，颗粒的填充率影响管路的降振效果；所述一对半圆形夹持件的空腔两侧分别由半圆形薄板进行封盖，其中，上述颗粒在一对半圆形夹持件的空腔内振动碰撞摩擦，以消耗系统能量的方式达到降振；以及半圆形夹持件的中心位置设有半圆形凹槽，一对半圆形夹持件相配合后两个半圆形凹槽形成一个圆弧，用以夹持管路。本发明专利技术基于附加阻尼的基本思想，结构简单，安装方便，可以在不需调节的条件下满足不同管路系统工作频率下的减振工作。

A pipeline particle collision damper and its design method

The invention discloses a pipeline collision damper and its design method, including: first, the first connected by bolt nut clamping piece in a semi circle together; the semicircular clamping piece respectively by two plates separated into three cavities inside the cavity are provided with particle, particle filling efficiency. The effect of vibration reduction of pipeline; the two sides of a semicircular cavity holder respectively by semi circular plates which cover the particles in the cavity, a semicircular clamping piece of the vibration in the collision and friction, to reach the energy consumption of the system vibration reduction; and the center position of the semicircular clamping part is provided with a half the circular groove, a semicircular clamping piece is matched with the 2.5 circular groove to form a circular arc, a pipeline used to clip. The invention is based on the basic idea of additional damping, and has simple structure and convenient installation. It can satisfy vibration reduction work under different working frequency of pipeline system without adjusting.

【技术实现步骤摘要】
一种管路颗粒碰撞阻尼器及其设计方法
本专利技术涉及一种降低管路振动的钢结构颗粒碰撞阻尼器及其设计方法，属于振动控制

技术介绍
管路振动颗粒碰撞阻尼器是一种基于附加阻尼方法的被动减振器，能有效的解决无法施加卡箍和改变管形等问题，而且针对管路系统的复杂工况，能够在有限空间条件下实现安装并达到降振目的。由于采用碰撞摩擦耗能机理，即使针对不同的管路系统，不同的振动频率，都能达到降低管路振动的目的。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种管路颗粒碰撞阻尼器及其设计方法，以解决现有技术中现有的管路吸振器不能同时满足多种管路减振工作的问题，本专利技术基于附加阻尼的基本思想，设计出了一种钢结构颗粒碰撞阻尼器，结构简单，安装方便，可以在不需调节的条件下满足不同管路系统工作频率下的减振工作。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种管路颗粒碰撞阻尼器，包括：通过第一螺栓、第一螺母连接在一起的一对半圆形夹持件；所述一对半圆形夹持件分别由两块钢板隔成三个空腔，空腔内部均装有颗粒，颗粒的填充率影响管路的降振效果；所述一对半圆形夹持件的空腔两侧分别由半圆形薄板进行封盖，其中，上述颗粒在一对半圆形夹持件的空腔内振动碰撞摩擦，以消耗系统能量的方式达到降振；以及半圆形夹持件的中心位置设有半圆形凹槽，一对半圆形夹持件相配合后两个半圆形凹槽形成一个圆弧，用以夹持管路。优选地，所述的半圆形夹持采用钢结构。优选地，所述的半圆形薄板封盖方式采用螺栓紧固。优选地，所述的空腔内填充的颗粒尺寸在1mm～3mm之间，颗粒材料为铸铁。优选地，改变半圆形夹持件的半圆形凹槽的直径以适应不同管径的管路。优选地，所述的半圆形凹槽的半径与管路半径相同，一对半圆形夹持件相结合处设有1mm的缝隙，以保证颗粒碰撞阻尼器能牢牢地夹紧在管路上。本专利技术的一种管路颗粒碰撞阻尼器的设计方法，包括步骤如下：步骤1:对管路进行模态测试，得出管路各阶固有频率，取各阶固有频率所在一段频率范围为扫频试验范围；步骤2：通过在仿真软件中模拟不同颗粒填充率下阻尼器振动系统的耗能速率，计算系统耗能速率最大时的颗粒填充率；步骤3：根据步骤2中计算得到的颗粒填充率来调整颗粒的填充率，将调整好的颗粒填充率的颗粒碰撞阻尼器封盖好安装在管路振动最大处；步骤4：在步骤1中确定的频率范围内进行扫频试验，发现安装颗粒碰撞阻尼器后频段内的振动加速度幅值得到明显降低。本专利技术的有益效果：1、整体采用钢结构材质，具有强度高、硬度好、易加工、成本低廉、可靠度高等优点。2、空腔内部采用多单元结构，能够增大系统的能量耗散速率。3、空腔的填充率在80％以上，管路减振效果最佳。4、可适用于处于长期振动状态下的管路减振，且易于安装、可靠性高、不依赖管路周围环境。附图说明图1为管路颗粒碰撞阻尼器的结构示意图；图2为示例试验系统示意图；图3为示例填充1mm颗粒单直管000-100Hz范围扫频试验结果对比图；图4为示例填充1mm颗粒单直管250-500Hz范围扫频试验结果对比图；图5为示例不同填充率下000-100Hz范围扫频试验结果加速度幅值对比图图6为示例不同填充率下250-500Hz范围扫频试验结果加速度幅值对比图；图中，1为半圆形夹持件，2为第一螺栓，3为第一螺母，4为空腔，5为颗粒，6为半圆形薄板，7为第二螺栓，8为振动台，9为管路颗粒碰撞阻尼器，10为振动加速度传感器。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。参照图1所示，本专利技术的一种管路颗粒碰撞阻尼器，包括：通过第一螺栓2、第一螺母3连接在一起的一对半圆形夹持件1；所述一对半圆形夹持件1分别由两块钢板隔成三个空腔4，空腔4内部均装有颗粒5，颗粒5的填充率影响管路的降振效果；所述一对半圆形夹持件1的空腔4两侧分别由半圆形薄板6进行封盖，其中，上述颗粒5在一对半圆形夹持件1的空腔4内振动碰撞摩擦，以消耗系统能量的方式达到降振目的；以及半圆形夹持件1的中心位置设有半圆形凹槽，一对半圆形夹持件相配合后两个半圆形凹槽形成一个圆弧，用以夹持管路。其中，所述的半圆形夹持采用钢结构。其中，所述的半圆形薄板封盖方式采用螺栓紧固。其中，所述的空腔内填充的颗粒尺寸在1mm～3mm之间，颗粒材料为铸铁。其中，改变半圆形夹持件的半圆形凹槽的直径以适应不同管径的管路。其中，所述的半圆形凹槽的半径与管路半径相同，一对半圆形夹持件相结合处设有1mm的缝隙，以保证颗粒碰撞阻尼器能牢牢地夹紧在管路上。本专利技术的一种管路颗粒碰撞阻尼器的设计方法，包括步骤如下：步骤1:对管路进行模态测试，得出管路各阶固有频率，取各阶固有频率所在一段频率范围为扫频试验范围；步骤2：通过在仿真软件中模拟不同颗粒填充率下阻尼器振动系统的耗能速率，计算系统耗能速率最大时的颗粒填充率；通过三维软件建模和离散单元法分析，并进行如图2所示试验验证可得出该颗粒碰撞阻尼器在不同频率下最优的颗粒填充率。在颗粒碰撞阻尼器中填入相应填充率的颗粒，然后将其安装固定在管路振动最剧烈的位置，发现减振效果明显。步骤3：根据步骤2中计算得到的颗粒填充率来调整颗粒的填充率，将调整好的颗粒填充率的颗粒碰撞阻尼器封盖好安装在管路振动最大处；步骤4：在步骤1中确定的频率范围内进行扫频试验，发现安装颗粒碰撞阻尼器后频段内的振动加速度幅值得到明显降低。如图3、图4所示分别为填充1mm颗粒后单直管在固有频率一阶和二阶状态下扫频试验结果对比，发现加入颗粒后管路振动得到了明显抑制，且在80％填充率时效果显著。如图5、图6所示分别为填充不同粒径颗粒后单直管在固有频率一阶和二阶状态下不同填充率降振效果对比图，发现颗粒填充率在80％左右降振效果显著，颗粒粒径在1mm时降振效果较粒径2mm和3mm稍好。颗粒阻尼技术主要是运用颗粒之间的弹性碰撞耗能与摩擦耗能，从而达到减振的效果。因此，计算能量的耗损也从这两个方面入手。同样选择两个碰撞接触的颗粒为例，来计算其接触的耗能。其弹性碰撞消耗的能量公式表达为：式中：mi和mj分别为两个颗粒i和j的质量；e为两颗粒的弹性碰撞恢复系数；Δv为两颗粒的相对运动速度。两颗粒碰撞时的摩擦耗能大小取决于两球之间的摩擦力大小与相对切向位移的大小。所以，其摩擦耗能表达式为：ΔEf＝μ|FXijδt|式中：μ是两颗粒之间的摩擦系数；δt为两颗粒之间的相对位移量；FXij为颗粒间的摩擦力。同样的，颗粒与颗粒碰撞阻尼器内壁之间的能量耗损也是分为弹性碰撞耗能与摩擦耗能，且公式表达同两颗粒之间能量耗损一样。所以，整个系统的颗粒阻尼的耗能大小就是，将所有的颗粒与颗粒之间和颗粒与颗粒碰撞阻尼器内壁之间的弹性碰撞耗能量与摩擦耗能量相加起来的总和，即：Eloss＝∑ΔEe+∑ΔEf。本专利技术具体应用途径很多，以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管路颗粒碰撞阻尼器，其特征在于，包括：通过第一螺栓、第一螺母连接在一起的一对半圆形夹持件；所述一对半圆形夹持件分别由两块钢板隔成三个空腔，空腔内部均装有颗粒，颗粒的填充率影响管路的降振效果；所述一对半圆形夹持件的空腔两侧分别由半圆形薄板进行封盖，其中，上述颗粒在一对半圆形夹持件的空腔内振动碰撞摩擦，以消耗系统能量的方式达到降振；以及半圆形夹持件的中心位置设有半圆形凹槽，一对半圆形夹持件相配合后两个半圆形凹槽形成一个圆弧，用以夹持管路。

【技术特征摘要】
1.一种管路颗粒碰撞阻尼器，其特征在于，包括：通过第一螺栓、第一螺母连接在一起的一对半圆形夹持件；所述一对半圆形夹持件分别由两块钢板隔成三个空腔，空腔内部均装有颗粒，颗粒的填充率影响管路的降振效果；所述一对半圆形夹持件的空腔两侧分别由半圆形薄板进行封盖，其中，上述颗粒在一对半圆形夹持件的空腔内振动碰撞摩擦，以消耗系统能量的方式达到降振；以及半圆形夹持件的中心位置设有半圆形凹槽，一对半圆形夹持件相配合后两个半圆形凹槽形成一个圆弧，用以夹持管路。2.根据权利要求1所述的管路颗粒碰撞阻尼器，其特征在于，所述的半圆形夹持采用钢结构。3.根据权利要求1所述的管路颗粒碰撞阻尼器，其特征在于，所述的半圆形薄板封盖方式采用螺栓紧固。4.根据权利要求1所述的管路颗粒碰撞阻尼器，其特征在于，所述的空腔内填充的颗粒尺寸在1mm~3mm之间，颗粒材料为铸铁。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈果，刘彬彬，赵正大，侯民利，寸文渊，刘琦，张茂林，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32