基于氣固兩相流理論的顆粒阻尼結構振動響應預估方法技術

基于氣固兩相流理論的顆粒阻尼結構響應預估方法，首先采集顆粒材料的密度、直徑，并測量恢復系數得到顆粒之間碰撞的等效粘度以及顆粒之間摩擦的等效粘度；然后利用顆粒之間碰撞的等效粘度以及顆粒之間摩擦的等效粘度得到顆粒阻尼結構中氣-固混合流的粘度；獲取顆粒阻尼器的橫截面積，并利用氣-固混合流的粘度以及顆粒阻尼結構被測點的速度幅值得到顆粒阻尼器內顆粒之間碰撞與摩擦效應的等效阻尼系數；設定COMSOL?Multiphysics有限元軟件中的參數，對顆粒阻尼結構進行仿真響應預估，根據預估結果可指導對顆粒阻尼結構進行優化。該方法簡單，且適用于復雜的殼體或箱體結構問題的分析，能夠解決顆粒阻尼結構的振動和聲輻射響應預估問題。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】基于氣固兩相流理論的顆粒阻尼結構響應預估方法，首先采集顆粒材料的密度、直徑，并測量恢復系數得到顆粒之間碰撞的等效粘度以及顆粒之間摩擦的等效粘度；然后利用顆粒之間碰撞的等效粘度以及顆粒之間摩擦的等效粘度得到顆粒阻尼結構中氣-固混合流的粘度；獲取顆粒阻尼器的橫截面積，并利用氣-固混合流的粘度以及顆粒阻尼結構被測點的速度幅值得到顆粒阻尼器內顆粒之間碰撞與摩擦效應的等效阻尼系數；設定COMSOL?Multiphysics有限元軟件中的參數，對顆粒阻尼結構進行仿真響應預估，根據預估結果可指導對顆粒阻尼結構進行優化。該方法簡單，且適用于復雜的殼體或箱體結構問題的分析，能夠解決顆粒阻尼結構的振動和聲輻射響應預估問題。【專利說明】
技術實現思路
本專利技術屬于減震降噪領域，具體基于氣固兩相流理論的顆粒阻尼結構響應預估方法。
技術介紹
阻尼技術作為一種常用的減振降噪技術一直是結構聲振控制領域的研究熱點，其中以粘彈阻尼技術為代表的傳統阻尼技術以其優良的減振效果和便于實施等優點，近二十年來得到了長足的發展和廣泛的應用。但是，由于粘彈阻尼材料的阻尼特性對溫度異常敏感且易于老化，以及粘彈阻尼結構大面積使用時附加重量較重等諸多缺點，因此，該技術對于那些經常工作在低溫、高熱流、高壓力、強酸堿等惡劣環境條件下的設備以及對于附加質量有苛刻要求的精密、超精密儀器設備是無法使用的。在目前正在發展的新型阻尼技術中，源于單沖體沖擊減振技術的顆粒阻尼技術以其優良的減振降噪效果以及結構簡單、成本低廉、易于實施、適用于惡劣環境、附加重量小等優點已在汽輪機葉片、液氧火箭發動機T型導流槽、裝甲運兵車、噴氣織機機架、航天雷達天線采樣架立柱、軋鋼冷鋸、金融捆鈔機、IC后封裝設備以及大型機床等眾多工程領域得到了成功應用，是一種非常值得推廣和大力研究的新型阻尼技術。然而目前關于顆粒阻尼技術的研究絕大多數尚停留在以經驗試湊、模型試驗為主的應用研究方面，從理論側面具體指導工程實際應用，并進行結構低振動和低噪聲優化設計的振動與聲輻射響應預估等理論問題目前研究的較少且欠充分，所采用的研究方法主要是從微觀層面借助于顆粒動力學理論進行極其繁瑣的大型仿真計算(受制于此，研究對象往往局限于簡單的顆粒阻尼復合梁、板結構)，尚缺乏一種簡捷實用、適應面寬的顆粒阻尼復合結構振動與聲輻射響應預估的方法。顆粒阻尼技術是依靠顆粒材料來實施的，常用的顆粒材料主要以密度大、直徑微小的金屬顆粒(如鋼、鉛以及鎢顆粒等)為主，顆粒的形狀也各種各樣，主要為球形或近似球型。顆粒阻尼技術的實施方式主要通過以下兩種途徑來完成:1)是制作成顆粒阻尼器并附加在需要減振的結構部位，其中尤以豆包阻尼器(Bean Bag Damper,簡稱BBD)最有代表性，它是將顆粒材料用一種柔性包袋包裹起來制成的，最早由國外學者Popplewell及其同事們于1989年在研究鏜桿的減振時專利技術的；2)不需要附加顆粒阻尼器，而是直接在需要減振的結構部位打上一定深度和直徑的許多微孔，再將顆粒材料埋入并使其處于非阻塞狀態，因此這種技術又稱為非阻塞性顆粒阻尼技術(Non-Obstructive Particle Damping,簡稱N0PD)，該技術最早是由美國洛克威爾公司的Panossian博士于1991年首先提出來的，其目的是為了解決工作條件極端惡劣或限于結構體本身的特殊性很難甚至無法采用其它減振措施的結構體振動問題。截止到目前，關于顆粒阻尼技術的基礎理論研究主要集中在耗能機理分析與響應預估等兩大方面的內容，其中關于顆粒阻尼的耗能機理研究，經過近20年的努力，目前國內外學者已達成了普遍共識，即顆粒阻尼是一種阻尼大小依賴于振幅的一種高度非線性阻尼，其耗能機理主要分為內外兩種阻尼效應，其中內部效應是由于顆粒之間的碰撞和摩擦而引起的，外部效應則是由于顆粒與結構內腔面之間的碰撞和摩擦引起的。而關于顆粒阻尼復合結構振動與聲輻射響應預估問題，目前的研究對象集中在簡單的復合梁、板結構上，所采用的方法主要以微觀顆粒動力學理論為主，這種理論與分子動力學相似，要求在考慮了表面摩擦、碰撞能量損失以及邊界力和重力等條件下分別對每個顆粒進行建模，顆粒的運動保持實時跟蹤?？偠灾?，上述研究成果豐富和發展了顆粒阻尼技術的基礎理論研究，為更為復雜的顆粒阻尼復合結構的響應預估奠定了重要的理論基礎。縱觀目前有關顆粒阻尼復合結構響應預估問題的研究，盡管取得了顯著進展，但為了更加有效地分析和解決復雜的工程實際問題，仍存在如下的理論和技術問題值得更深入和系統地進行研究:(I)前面已經指出，目前關于顆粒阻尼復合結構的響應預估問題所采用的方法主要以微觀層面的顆粒動力學為主，這種方法雖然能夠直觀清晰地反映顆粒運動時的細部特征和微觀變化，但是該方法的致命缺點在于建模異常復雜，而且由于要考慮大量顆粒的參與使得計算工作量非常龐大(一般所需機時超過數十小時)，這離工程實際中要求快速簡捷地進行結構響應預估乃至結構優化設計相距甚遠，這也是目前的研究對象僅限于簡單的顆粒阻尼復合梁、板結構，而未能進行更為復雜的殼體或箱體結構相關問題分析的最主要和最直接的原因所在，至于在振動響應預估的基礎上進行更為復雜的聲輻射響應預估更是難以實現。(2)帶有內嵌支撐結構或外加翼展的復合加筋殼體與箱體結構(球形、橢球形與圓柱形、橢圓柱形或箱形復合，以下簡稱復合加筋殼體與箱體結構)是兩種更為接近于工程實際結構的復雜結構單元，在很多工程領域(如交通運載工具、水下航行器以及管路系統等)中有著廣泛的應用。雖然在近20年中應用顆粒阻尼技術已成功完成國產裝甲運兵車、豪華轎車、IC后封裝設備、航天雷達天線采樣架立柱、軋鋼冷鋸、金融捆鈔機、大型數控機床以及家用空調壓機管路系統等的減振降噪研究，但受顆粒阻尼建模方法所限，一直未能從理論上很好地解決其振動和聲輻射響應預估問題，這直接影響了該類結構的低噪聲與低振動優化設計，也是目前制約顆粒阻尼技術更為廣泛和深入應用的瓶頸所在。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于氣固兩相流理論的顆粒阻尼結構響應預估方法，該方法簡單，且適用于復雜的殼體或箱體結構問題的分析，能夠解決顆粒阻尼結構的振動和聲輻射響應預估問題。為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案包括以下步驟:I)采集顆粒阻尼結構中顆粒材料的密度P p、顆粒的直徑dp，然后再對顆粒的恢復系數ep進行測量，根據顆粒材料的密度P p、顆粒的直徑dp、顆粒阻尼結構被測點的速& ^以及顆粒的恢復系數ep得到顆粒之間碰撞的等效粘度μ。以及顆粒之間摩擦的等效粘度μ f ;2)利用顆粒之間碰撞的等效粘度U。以及顆粒之間摩擦的等效粘度1^得到顆粒阻尼結構中氣-固混合流的粘度μ ，且μ μ。+ μ f ;3)獲取顆粒阻尼結構中顆粒阻尼器的橫截面積S，并利用氣-固混合流的粘度μ m以及顆粒阻尼結構被測點的速度幅值|χ|得到顆粒阻尼器內顆粒之間碰撞與摩擦效應的等效阻尼系數;【權利要求】1.，其特征在于，包括以下步驟: 1)采集顆粒阻尼結構中顆粒材料的密度Pp、顆粒的直徑dp，然后再對顆粒的恢復系數%進行測量，根據顆粒材料的密度P p、顆粒的直徑dp、顆粒阻尼結構被測點的速度X以及顆粒的恢復系數ep得到顆粒之間碰撞的等效粘度μ。以及顆粒之本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于氣固兩相流理論的顆粒阻尼結構振動響應預估方法，其特征在于，包括以下步驟：1）采集顆粒阻尼結構中顆粒材料的密度ρp、顆粒的直徑dp，然后再對顆粒的恢復系數ep進行測量，根據顆粒材料的密度ρp、顆粒的直徑dp、顆粒阻尼結構被測點的速度以及顆粒的恢復系數ep得到顆粒之間碰撞的等效粘度μc以及顆粒之間摩擦的等效粘度μf；2）利用顆粒之間碰撞的等效粘度μc以及顆粒之間摩擦的等效粘度μf得到顆粒阻尼結構中氣?固混合流的粘度μm，且μm=μc+μf；3）獲取顆粒阻尼結構中顆粒阻尼器（1）的橫截面積S，并利用氣?固混合流的粘度μm以及顆粒阻尼結構被測點的速度幅值得到顆粒阻尼器（1）內顆粒之間碰撞與摩擦效應的等效阻尼系數ceq；ceq=12ρmSCd|X·|其中，ρm為氣?固混合流的等效體積密度；Cd為阻力系數，且Cd的表達式為β=πd2fρm/μm，d為顆粒阻尼器（1）橫截面的直徑，f為顆粒阻尼結構的共振頻率；4）設定COMSOL?Multiphysics有限元軟件中的集中力、集中質量以及阻尼參數，進行COMSOL和MATLAB聯合仿真，對顆粒阻尼結構進行振動響應預估。FDA0000394103710000013.jpg,FDA0000394103710000014.jpg,FDA0000394103710000012.jpg...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王東強，楊瑞超，吳成軍，王建永，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：