一种变截面管路自由振动特性的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种变截面管路自由振动特性的分析方法：在欧拉‑伯努利梁模型的基础上，得到管路横向振动方程；基于锥管路的几何特征，将锥管的截面惯性矩和面积随轴向长度变化的变量代入横向振动方程；根据锥管的几何特征忽略二阶小量，将微分算子代入获得简化锥管横向振动方程；求解变系数常微分方程，得到含有贝塞尔函数的理论解析解；根据锥管的挠度等求解锥管参量的传递关系，进一步得到锥管参数传递矩阵；基于锥管路的边界条件特性，重组锥管的传递矩阵，获得场传递矩阵下的奇异子矩阵，推导得到超越方程，求解方程得到锥管路的自由振动频率特性及模态特性。解决了现有管路系统链式传递分析过程中无法将锥形管路部分准确表达的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种变截面管路自由振动特性的分析方法
本专利技术涉及管路的动力学特性分析
，具体涉及一种变截面管路自由振动特性的分析方法，即针对典型锥形管路自由振动特性的分析方法。
技术介绍
管路系统广泛存在于船舶、水利、石油化工和核工业中，用于传递和传输质量流、能量流或者动量流。管路系统不可避免的与动力系统及传动装置连接，从而产生并传递振动，不仅造成噪声污染、恶化工作环境，而且还可能使局部产生共振，并导致疲劳破坏，严重时候甚至使管路爆裂或系统失效而酿成灾难。在管路系统中，不可避免的存在着不同管径大小管路的连接问题，变截面管路就这样应用而生，而在变截面管路中最常用的就是锥形管路的应用，相比于法兰的突变界面，锥形管采用比较平缓的方式对不同管径大小的管路进行过渡连接。针对管路这种链式传递结构，不同管路特征的动力学特性对于整个管路系统的振动分析显得尤为重要。针对直管的动力学分析已经比较成熟，但是针对锥形管路的动力学特性分析由于界面特性的改变很难得到解析解的形式。虽然针对变截面梁存在理论的研究，但是大多基于简单的圆柱和矩形截面的变化，很少有研究讨论类似管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变截面管路自由振动特性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、在欧拉-伯努利梁模型的基础上，得到均匀管路横向振动方程及首末端力学参数间的传递关系；/nS2、基于锥形管路的几何特征，将锥形管的截面惯性矩和面积随轴向长度变化的变量代入S1获得的均匀管路横向振动方程，获得锥形管横向振动方程；/nS3、根据锥形管路的锥度、厚径比和长径比，忽略锥形管振动方程中的二阶小量，得到简化形式的锥形管横向振动方程，将微分算子代入，锥形管横向振动方程进一步简化；/nS4、求解变系数常微分振动方程，进行变量代换并整理，得到含有贝塞尔函数的理论解析解；/nS5、根据锥形管路的挠度、转角、弯矩和剪力求解锥...

【技术特征摘要】
1.一种变截面管路自由振动特性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在欧拉-伯努利梁模型的基础上，得到均匀管路横向振动方程及首末端力学参数间的传递关系；
S2、基于锥形管路的几何特征，将锥形管的截面惯性矩和面积随轴向长度变化的变量代入S1获得的均匀管路横向振动方程，获得锥形管横向振动方程；
S3、根据锥形管路的锥度、厚径比和长径比，忽略锥形管振动方程中的二阶小量，得到简化形式的锥形管横向振动方程，将微分算子代入，锥形管横向振动方程进一步简化；
S4、求解变系数常微分振动方程，进行变量代换并整理，得到含有贝塞尔函数的理论解析解；
S5、根据锥形管路的挠度、转角、弯矩和剪力求解锥形管参量的传递关系，并进一步得到锥形管首末端力学参数传递关系；
S6、基于管路结构的典型边界条件，重组锥形管的传递矩阵，获得场传递矩阵下的奇异子矩阵，推导得到超越方程，求解方程得到锥形管路的自由振动频率特性及模态特性。


2.根据权利要求1所述的一种变截面管路自由振动特性的分析方法，其特征在于，针对步骤S3中得到的振动方程进行无量纲化处理，重复步骤S4和S5，得到无量纲化的锥形管参量传递矩阵。


3.根据权利要求1或2任一项所述的一种变截面管路自由振动特性的分析方法，其特征在于，步骤S1获得均匀管路横向振动方程及首末端力学参数间的传递关系如式(1)所示：



步骤S2获得的锥形管横向振动方程如公式(2)所示：





4.根据权利要求3所述的一种变截面管路自由振动特性的分析方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆娜，王东辉，臧峰刚，张毅雄，熊夫睿，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51