一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构及其设计方法。属于管道减振降噪领域，包括管道结构、左右两端的颗粒阻尼器及支撑装置：其设计步骤：建立管道有限元分析模型；对待优化系统进行模态分析；通过模态分析得到各阶模态频率及振型；根据模态频率及振型布置颗粒阻尼减振结构的位置并确定结构参数；建立优化后的管道多体动力学

【技术实现步骤摘要】
一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构及其设计方法


[0001]本专利技术属于管道减振降噪领域，涉及了一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构及其设计方法。

技术介绍

[0002]舰船管路系统是船舶上用于输送各类液体与气体以及执行检测与控制功能的设备的总称，具有重要的地位。在其完成其既定任务(如运输各种介质，传输流体信息)的同时，由于扰动，安装问题等难免会产生振动与噪声，将对船舶的工作稳定性、安全性构成威胁。颗粒阻尼技术是一种新型被动减振技术，安装在机械系统上的容器内部的颗粒在受到激励后通过颗粒与颗粒，颗粒与腔体之间产生摩擦与碰撞完成能量的耗散，产生阻尼效果从而达到减振的目的。颗粒阻尼器具有优秀的减振降噪效果，较长的使用寿命以及对恶劣环境的适应性，非常适合应用于船舶管路系统的减振降噪设计，传统颗粒阻尼容器容积往往固定，限制了颗粒在容器中的碰撞运动。通过添加弹簧与金属隔板，使颗粒在振动过程中的运动更加充分，获得更多的碰撞次数，从而进一步提升结构的减振性能。
[0003]申请号为202210013745.6，名称为一种基于粘滞阻尼与颗粒阻尼耦合的管道减振设计方法。该专利技术专利对优化后的新管道进行分析，对比管道应力分布图中的应力最大值与管道的疲劳极限值。该专利中的阻尼器属于定容积式颗粒阻尼器，未能达到使颗粒大量碰撞耗能的效果。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是为了克服上述现有技术存在的问题和缺陷，提供了一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构设计方法，更加精确与高效地对管道进行减振降噪设计。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构，包括管道结构，在所述管道结构的左右两端分别套设有左颗粒阻尼器及右颗粒阻尼器；
[0006]在所述管道结构靠近中心位置的两端各安置有一个支撑装置。
[0007]进一步的，所述管道结构的外径与左颗粒阻尼器、右颗粒阻尼器的内径相适配；
[0008]在所述管道结构的外壁上、与左颗粒阻尼器、右颗粒阻尼器相接触处均安置有由丁基橡胶组成的丁基橡胶圈。
[0009]进一步的，一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构的设计方法，其具体操作步骤如下：
[0010]步骤(1)、简化管道模型：根据圣维南原理对管道模型进行简化，采用有限元法建立管道有限元模型；
[0011]步骤(2)、添加约束并进行模态分析：根据管道的实际布置情况对上述有限元模型添加约束并进行模态分析；
[0012]步骤(3)、确定颗粒阻尼器布置位置：根据模态分析的结果可以获得管道模态比较
密集的位置以及各阶模态对应的频率及阻尼比；
[0013]根据管道各阶模态的变形情况，主要发生变形的位置以及对应的频率确定颗粒阻尼器的理想布置位置；
[0014]步骤(4)、设计颗粒阻尼器相关参数：设计变容积式颗粒阻尼器，确定颗粒阻尼器中的弹簧刚度，颗粒材料，颗粒填充比等参数，颗粒在容器中的运动容积随着振动的改变会发生变化；
[0015]步骤(5)、建立管道
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颗粒阻尼器多体动力学模型：建立管道的多体动力学模型并计算在不同变载荷工况下管道的响应端振幅或加速度响应，对时域数据进行傅里叶变换得到频域数据；
[0016]步骤(6)、建立离散单元法
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多体动力学耦合仿真模型：建立管道与颗粒阻尼器的多体动力学
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离散单元法耦合模型并计算在不同变载荷工况下管道的响应端振幅或加速度响应，对时域数据进行傅里叶变换得到频域数据；
[0017]步骤(7)、对比多体动力学计算与耦合计算结果，得到减振效果：比较步骤(5)与步骤(6)中的时域与频域数据，可以得到该颗粒阻尼器的减振降噪效果。视具体情况而定可以对颗粒阻尼器的位置以及结构参数作出调整并重复上述步骤以期获得更好的减振降噪效果。
[0018]有益效果：本专利技术与现有技术相比，本专利技术的特点是：1、本专利技术采用可变容积式颗粒阻尼器进行减振降噪设计，从而使颗粒在运动过程中耗散更多的能量，取得了更好的减振降噪效果；2、本专利技术采用有限元分析对待优化模型进行了模态分析，以更加有针对性地布置颗粒阻尼器的位置，以获得更好的减振降噪效果；3、本专利技术采用多体动力学
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离散单元法耦合对优化后的管道进行分析，具有更高的精准度；4、本专利技术流程简便，易于复现，在不同的管道上都可以进行精确高效的减振降噪设计。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的结构示意图；
[0020]图2是本专利技术中在管道结构上套设颗粒阻尼器的结构示意图；
[0021]图3是本专利技术中丁基橡胶构成的丁基橡胶圈的结构示意图；
[0022]图4是本专利技术中可变容积式颗粒阻尼器内部结构示意图；
[0023]图5是本专利技术中金属挡板与直线轴承安装示意图；
[0024]图6是本专利技术中颗粒阻尼器的侧视图；
[0025]图7是本专利技术中金属颗粒的填充示意图；
[0026]图8是本专利技术中可变容积式颗粒阻尼器的耗能机理图；
[0027]图9是本专利技术中可变容积式颗粒阻尼器的设计流程图；
[0028]图中：1是左颗粒阻尼器，2是支撑装置，3是管道结构，4是右颗粒阻尼器。
具体实施方式
[0029]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：
[0030]如图1所示，本专利技术所述的一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构，包括管道结构
3，在所述管道结构3的左右两端分别套设有左颗粒阻尼器1及右颗粒阻尼器4两个颗粒阻尼器；
[0031]在所述管道结构3靠近中心位置的两端各安置有一个支撑装置3。
[0032]进一步的，所述管道结构3的外径与左颗粒阻尼器1、右颗粒阻尼器4的内径相适配；
[0033]在所述管道结构3的外壁上、与左颗粒阻尼器1、右颗粒阻尼器4相接触处均安置有由丁基橡胶组成的丁基橡胶圈。
[0034]进一步的，一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构的设计方法，其具体操作步骤如下：
[0035]步骤(1)、简化管道模型：根据圣维南原理对管道模型进行简化，采用有限元法建立管道有限元模型；
[0036]步骤(2)、添加约束并进行模态分析：根据管道结构3的实际布置情况对上述有限元模型添加约束并进行模态分析；
[0037]步骤(3)、确定颗粒阻尼器的布置位置：根据模态分析的结果可以获得管道模态比较密集的位置以及各阶模态对应的频率及阻尼比；
[0038]根据管道各阶模态的变形情况，主要发生变形的位置以及对应的频率确定颗粒阻尼器的理想布置位置；
[0039]步骤(4)、设计颗粒阻尼器相关参数：设计变容积式颗粒阻尼器，确定颗粒阻尼器中的弹簧刚度，颗粒材料，颗粒填充比等参数，颗粒在容器中的运动容积随着振动的改变会发生变化；
[0040]步骤(5)、建立管道
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颗粒阻尼器多体动力学模型：建立管道的多体动力学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构，其特征在于：包括管道结构，在所述管道结构的左右两端分别套设有左颗粒阻尼器及右颗粒阻尼器；在所述管道结构靠近中心位置的两端各安置有一个支撑装置。2.根据权利要求1所述的一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构，其特征在于：在所述管道结构的外壁上、与左颗粒阻尼器、右颗粒阻尼器相接触处均安置有由丁基橡胶组成的丁基橡胶圈。3.如权利要求1
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2任意一项所述的一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构的设计方法，其特征在于：其具体操作步骤如下：步骤(1)、简化管道模型；步骤(2)、添加约束并进行模态分析；步骤(3)、确定颗粒阻尼器布置位置；步骤(4)、设计颗粒阻尼器相关参数；步骤(5)、建立管道
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颗粒阻尼器多体动力学模型；步骤(6)、建立离散单元法
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多体动力学耦合仿真模型；步骤(7)、对比多体动力学计算与耦合计算结果，得到减振效果。4.根据权利要求3所述的一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构的设计方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述简化管道模型具体是：根据圣维南原理对管道模型进行简化，采用有限元法建立管道有限元模型。5.根据权利要求3所述的一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构的设计方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述添加约束并进行模态分析具体是根据管道的实际布置情况对上述有限元模型添加约束并进行模态分析。6.根据权利要求3所述的一种可变容积式颗粒阻尼管道减振结构的设计方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶锦啸，夏兆旺，陈聪，王一飞，
申请(专利权)人：中船邮轮科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：