【技术实现步骤摘要】
一种声子晶体载流管路能带结构分析方法
[0001]本专利技术涉及声子晶体材料应用于管路系统的减振降噪研究领域，具体涉及一种声子晶体 载流管路能带结构分析方法。
技术介绍
[0002]管路系统是由管路结构及其内部流体组成的复杂系统，用于传递和输送质量流、能量流 和动量流，在工业系统及艇体、舰船结构中广泛存在与应用。由于管路系统连接动力装置， 调节装备以及自身的非连续结构，不可避免的产生管壁结构振动、流体脉动以及两者之间的 耦合振动。
[0003]振动与噪声极易沿着管路结构和内部流体运动而传递到管路系统及其相连接设备的各个 部分，形成强大的振动噪声辐射源。不仅会造成噪声污染，恶化工作环境；还会影响相连接 仪表的工作精度与可靠性，造成连接精密仪器附件的破坏；额外的振动还会导致结构材料与 连接设备发生疲劳断裂，影响管路系统以及动力系统的正常运行；严重时甚至使管路爆裂或 系统失效而酿成灾难。尤其是低频振动与噪声能量大，特征线谱明显，综合控制难度大。
[0004]受限于基础工业与制造工艺水平，管路系统同时受到空间、重量等...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种声子晶体载流管路能带结构分析方法，其特征在于，在考虑载流管路系统泊松耦合、摩擦耦合和连接耦合的基础上，建立声子晶体载流管路结构轴向、横向和扭转振动的三维振动微分方程组；所述三维振动微分方程组中的参数至少包括：流体速度和流体压强，以及由于内部流体流动产后的迁移力、离心力和向心力；对所述三维振动微分方程组进行拉普拉斯变换，将振动特征参量转换到频域区间，通过微分方程的求解与矩阵运算，得到载流管路结构的场传递矩阵；根据实际声子晶体载流管路结构的排列情况，将所述场传递矩阵依次相乘，得到管路周期单元总体传递矩阵；在所述管路周期单元两端施加周期边界条件，结合所述管路周期单元总体传递矩阵，得到包含波动频率与波矢关系的特征值，计算得到包括管路周期单元的声子晶体载流管路能带结构，即声振传递衰减特性分布。2.根据权利要求1所述声子晶体载流管路能带结构分析方法，其特征在于，所述管路周期单元总体传递矩阵的计算过程，包括表征管路结构的场传递矩阵和引入特征边界的点传递矩阵；考虑流固耦合对管路系统的影响，在声子晶体管路周期单元中引入阻振质量与弹性支承，推导得到引入特征边界后两端特征参量之间在系统频域上的点传递矩阵；根据管路周期单元中特征结构的设计连接情况，将对应的场传递矩阵与点传递矩阵依次相乘，得到所述管路周期单元总体传递矩阵。3.根据权利要求2所述声子晶体载流管路能带结构分析方法，其特征在于，结合线性的周期分布边界条件，即频域上的Bloch理论，得到载流管路周期单元能带结构的矩阵行列式，即转化为包含波动频率与波矢关系的特征值问题，通过Matlab编程求解在不同圆频率下对应波矢k的值，从而得到声子晶体载流管路系统能带结构；波矢k的实部反映声振传递的通带与禁带分布，波矢k的虚部绝对值反映在禁带频域区间的衰减强度。4.根据权利要求1所述声子晶体载流管路能带结构分析方法，其特征在于，所述三维振动微分方程组包括：轴向振动四个方程、yoz平面横向振动四个方程、xoz平面横向振动四个方程和扭转振动两个方程。5.根据权利要求4所述声子晶体载流管路能带结构分析方法，其特征在于，所述轴向振动四个方程如下：所述轴向振动四个方程如下：所述轴向振动四个方程如下：所述轴向振动四个方程如下：
其中，V为管内流体速度；t为时间；P为流体压强；V0表示流体定常速度；x，y，z表示笛卡尔坐标分量；ρ
f
为内部流体密度；τ
f
为流体粘性摩擦力；M
f
为流体截面质量；K'为修正后的等效流体体积弹性模量；μ为泊松比；为z方向管壁速度；M
p
为载流管路管壁结构；f
z
为z方向的剪力；其中，A
p
为载流管路管壁结构的横截面积；e
r
为管壁厚径比；E为杨氏模量；所述yoz平面横向振动...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆娜，臧峰刚，张毅雄，王东辉，吴万军，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：
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