层流流体管路键合图模态分析法.pdfVIP

第27卷第 2期 振动、测试与诊断 Vo1．27No．2 2007年 6月 Jun．2007 JournalofVibration，Measurement＆Diagnosis 层流流体管路的键合图模态分析法 王艾伦 刘琳琳 (中南大学机电工程学院 长沙，410083) 摘要 为 了分析层流管路的振动特性，在其高精度分段集 中参数键合 图模型的基础上 ，将键合 图模态分析法应用 于层流管路 的振动分析 ，可以同时获得第 1类模态和第2类模态及它们的同形模态。此法避免了复杂的数学问题 ， 易于处理管路分支 ，特别适合处理机液耦合系统，细化模型后可满足高精度要求 。 关键词 层流管路 分段集中参数 键合图 模态 中图分类号 TH137 以满足要求的精度。 引 言 1 键合图模态分析法 对液压系统管路的研究一般涉及静力学和动力 学 ，前者的研究工作 已经 比较成熟口]，后者 由于恒流 文献[10]对键合 图模态法有详细的论述，其基 速流体流动产生的陀螺力项和离心力项，使得系统 本思路是利用键合图法在多能域耦合系统分析 中的 中蕴含着丰富的动力学特性。对油管动力学特性及 优点 ，将其应用于不同能域耦合系统的模态分析和 稳定性的研究始于 1939年Bourrienes的早期理论 建模 ，形成一种复杂机 电耦合系统动力学建模与模 和实验研究[2]。1988年，s．S．Chen对之前流体振动 态分析的新方法。 方面的研究成果作 了全面系统的论述[3]。近十几年 模态分析实质上是利用系统 固有模态的正交性 来，对流体管路动态特性研究的方法有特征线法[4] 所进行的一种坐标变换 ，其 目的是解除系统方程的 (MOC)、分段集 中参数法 、分量综合法[5](CSM)、有 耦合 ，由于坐标变换是线性变换，因而系统在原有物 限元法[6等。特征线法对摩擦项的高精度处理 ，使得 理系统中，对于任意激励的响应 ，便可视为系统各阶 其递推算法规整而且精确 ，但 由于边值 问题及与相 模态 的线性组合，而各阶模态在叠加中所 占的比重 关流体元件模型连接的困难 ，限制了特征线法在实 或加权系数，则取决于各阶的模态坐标响应 。一般 际工程中的应用 ；分段集中参数法适合于管路较短 、 地 ，高阶模态 比低阶模态的加权系数要小得多，通 常 脉动频率较低时使用，否则误差较大，主要表现在压 只需要选取前几阶低频模态进行叠加 ，就可以达到 力波动曲线的频率差异和波形衰减较慢两方面；分 足够的精度 。因此 ，模态分析的优点就是可以用较少 量综合法不便于考虑流体与管壁轴向波之间泊松耦 的运动方程或 自由度数 ，直观 、简明而又相当精确地 合；有限元法 的应用将管路的动力学研究推广到空 去反映一个比较复杂的结构系统的动态特性，从而 间管系，但该方法中流体通常被 当作不可压缩流，也 大大减少测量、分析及计算工作量 。 难以考虑泊松耦合 。 对于某含有 个储能元件的线性系统 (一般不 本文在层流管路高精度分段集中参数键合图模 等于2N，也不一定为偶数)，一般地，设其对应的键 型[7的基础上 ，将键合 图模态法L8应用于层流管路 合 图模型G如图1所示_】】。 的振动分析，可以同时获得第1类模态和第2类模态