管道結(jié)構(gòu)在服役期間會(huì)出現(xiàn)各種形式的損傷,其結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)和能量傳播形式也會(huì)隨之產(chǎn)生一定的變化,根據(jù)充液管道的動(dòng)力學(xué)方程,推導(dǎo)得到了充液管道振動(dòng)的能量平衡方程和能量有限元方程。分別采用能量有限元法和有限元法對充液管道的能量密度進(jìn)行了計(jì)算和對比,驗(yàn)證了能量有限元法求解充液管道振動(dòng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上建立了基于能量密度變化和能量流變化的兩個(gè)損傷指標(biāo),討論了單元受損后的剛度變化和阻尼變化對能量流指標(biāo)的影響,算例表明基于能量流變化的指標(biāo)能夠有效地識(shí)別充液管道結(jié)構(gòu)的損傷部位。研究為基于能量有限元法預(yù)報(bào)充液管道的振動(dòng)和基于該方法識(shí)別輸流管道的損傷提供了理論基礎(chǔ)。 

【文章來源】：振動(dòng)與沖擊. 2019,38(21)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

能量有限元模型示意圖Fig．1Energyfiniteelementmodel

管內(nèi)流體密度ρf為980kg/m3。在管道中心處輸入一激勵(lì)功率為2．7×10－4W，激勵(lì)頻率為8000Hz的激勵(lì)力。參考能量密度值取為1×10－13J/m。其中，EFEA模型劃分單元數(shù)為10，形函數(shù)取n=3的Lagrange插值函數(shù)，如圖1所示。有限元模型在ANSYSWorkbench中建立，其中FEA模型中模擬管道的三維體單元共58798個(gè)，如圖2所示，流體單元18706單元，如圖3所示。設(shè)置流固耦合屬性，并求解在簡諧激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。圖1能量有限元模型示意圖Fig．1Energyfiniteelementmodel圖2常規(guī)有限元管道單元網(wǎng)格劃分圖Fig．2FEAgridplotofpipeelement圖3常規(guī)有限元流體單元網(wǎng)格劃分圖Fig．3FEAgridplotoffluidelement需要注意能量有限元模型和傳統(tǒng)有限元模型的網(wǎng)格劃分原則不同，傳統(tǒng)有限元由于捕捉頻率較高的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)，單元尺寸小，網(wǎng)格規(guī)模大。而能量有限元方法求解得到的能量密度是對時(shí)間和空間進(jìn)行平均之后得到的相對平滑的解。因此可將傳統(tǒng)有限元法計(jì)算得到的各節(jié)點(diǎn)處位移解，按照其本身波長選取合適的長度進(jìn)行局部平均，得到與能量有限元法計(jì)算對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)處能量密度值。將兩種方法求得的能量密度進(jìn)行對比，得到充液管道沿著管道長度方向分布的能量密度圖，如圖4所示。從圖4中，EFEA得到的各節(jié)點(diǎn)能量密度分布與FEA得到的各節(jié)點(diǎn)能量密度分布吻合較好，從而驗(yàn)證了本文建立的充液管道能量有限元方程的正確性。這為后文分析損傷管道的振動(dòng)特性提供了基礎(chǔ)。圖4兩種方法沿管道長度方向能量密度分布的結(jié)果對比Fig．4Energydensitydistributionalongthepipelength2．2損傷充液管道的振動(dòng)分析2．2．1損傷單元?jiǎng)?

管內(nèi)流體密度ρf為980kg/m3。在管道中心處輸入一激勵(lì)功率為2．7×10－4W，激勵(lì)頻率為8000Hz的激勵(lì)力。參考能量密度值取為1×10－13J/m。其中，EFEA模型劃分單元數(shù)為10，形函數(shù)取n=3的Lagrange插值函數(shù)，如圖1所示。有限元模型在ANSYSWorkbench中建立，其中FEA模型中模擬管道的三維體單元共58798個(gè)，如圖2所示，流體單元18706單元，如圖3所示。設(shè)置流固耦合屬性，并求解在簡諧激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。圖1能量有限元模型示意圖Fig．1Energyfiniteelementmodel圖2常規(guī)有限元管道單元網(wǎng)格劃分圖Fig．2FEAgridplotofpipeelement圖3常規(guī)有限元流體單元網(wǎng)格劃分圖Fig．3FEAgridplotoffluidelement需要注意能量有限元模型和傳統(tǒng)有限元模型的網(wǎng)格劃分原則不同，傳統(tǒng)有限元由于捕捉頻率較高的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)，單元尺寸小，網(wǎng)格規(guī)模大。而能量有限元方法求解得到的能量密度是對時(shí)間和空間進(jìn)行平均之后得到的相對平滑的解。因此可將傳統(tǒng)有限元法計(jì)算得到的各節(jié)點(diǎn)處位移解，按照其本身波長選取合適的長度進(jìn)行局部平均，得到與能量有限元法計(jì)算對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)處能量密度值。將兩種方法求得的能量密度進(jìn)行對比，得到充液管道沿著管道長度方向分布的能量密度圖，如圖4所示。從圖4中，EFEA得到的各節(jié)點(diǎn)能量密度分布與FEA得到的各節(jié)點(diǎn)能量密度分布吻合較好，從而驗(yàn)證了本文建立的充液管道能量有限元方程的正確性。這為后文分析損傷管道的振動(dòng)特性提供了基礎(chǔ)。圖4兩種方法沿管道長度方向能量密度分布的結(jié)果對比Fig．4Energydensitydistributionalongthepipelength2．2損傷充液管道的振動(dòng)分析2．2．1損傷單元?jiǎng)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]基于能量有限元方法的封閉耦合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性研究[D]. 劉知輝.山東大學(xué) 2017
[2]能量有限元分析法的研究及其在復(fù)合材料層合板中的應(yīng)用[D]. 楊旸.寧波大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3453532