[发明专利]一种管道减振的优化方法

说明书

技术领域

本发明创造涉及管道减振技术领域，具体涉及一种管道减振的优化方法。

背景技术

在一般的家电设备或电器设备中，机体内都设置有众多交连的管道，这些管道由于自身的强度不高，并且自由度较多，相对于机体内的其他部件更容易发生振动，尤其是这些管道在运输过程中会由于运输工具或路况等激振因素而产生振动，另外，管道在设备运行过程中也会由于其内的振动源（例如电机、风扇等）的激振而产生受迫振动，这些振动均会加剧管道的疲劳程度，降低管道的使用寿命，尤其是当激振频率接近管道的固有频率时，会诱发共振，进一步增加管道的疲劳破损程度，严重影响设备的运行质量。管道振动不仅使管道易疲劳破损，并且振动会产生巨大的噪音、损耗大量的能量，甚至振动还有可能引起设备的变形，因此，如何减少管道振动的研究备受关注。

在目前的管道结构设计中，主要采用两种方法来减少管道振动：第一种方法是通过在管道的外部加设减振模块（例如减振器，减振阀，减振块等），虽然这种方法能够直接达到减振的效果，但是却增加了额外的材料成本和工艺组装成本，经济效益低，而且由于实际中管道结构复杂，额外增设的减振模块会增加设备的体积，进一步增加了生产成本；第二种方法是技术人员根据已有经验，制造出具有不同管道结构的多种样机，然后分别进行振动台上的模拟运输实验和运行振动测试实验，测量出能够反应管道性能的参数（破坏周期，应力，位移等），然后根据这些测量的参数来重新调整管道结构继续进行测试，采用这种方法需要制造大量的样机，增加生产成本，并造成不合格样机的大量浪费，同时测试效率低、增长了研发周期。

发明内容

本发明创造的目的在于避免现有技术中的上述不足之处而提供一种管道减振的优化方法，该优化方法能够大幅度减小管道振动、避免管道共振，并且使用该优化方法简单、方便、成本低、占用空间小、优化效率高，能够节省研发成本和缩短研发周期。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现：

提供了一种管道减振的优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）针对待优化的管道采用建模软件建立管道模型；

（2）将建立好的管道模型导入ABAQUSE软件中，并对管道模型进行网格划分；

（3）在ABAQUSE软件中，设置管道模型的边界约束和物理参数，其中，边界约束包括固支边界、不完全固支边界和构件连接，物理参数包括管道模型的材料特性，密度，杨式模量和泊松比；

（4）管道模型满足设备运输条件时的优化，运行步骤（6）和步骤（7）进行优化计算；管道模型满足设备运行条件时的优化，运行步骤（8）和步骤（9）进行优化计算；

（5）管道模型既满足设备运输条件又满足设备运行的优化，对待优化的原管道模型运行步骤（6）和步骤（7）进行优化计算得到满足设备运输条件的新管道模型，然后采用步骤（7）所得到的新管道模型运行步骤（8）和步骤（9），若经步骤（9）计算得到管道模型的应力分布图中最大应力值大于管道的疲劳极限值，则对步骤（9）中所得的新管道模型进行步骤（2）、（3）、（8）和（9）再次进行优化计算，若经步骤（9）计算所得管道模型的应力分布图中最大应力值小于管道的疲劳极限值，则所得到的管道模型则为满足设备运输和运行两种条件下设计所需的管道模型。

（6）采用ABAQUSE软件中的模态分析模式对管道模型进行优化计算，模态分析模式包括频率分析模块、形状优化模块和迭代计算模块，其中，在频率分析模块中设置期望得到的管道模型振动模态的阶数n，1≤n≤20,在迭代计算模块中设置迭代次数t, 0≤t≤30；

（7）模态分析模式优化计算结果为管道模型的振动模态的频率值和结构优化后的新管道模型，根据步骤（6）中的振动模态的阶数n的设置，相应的，可得到管道模型的前n阶振动模态的频率值，若前n阶振动模态的频率值都大于运输频率的最大值，则结构优化后的新管道模型则满足运输条件；若前n阶振动模态的频率值不全都大于运输频率的最大值，则给出这些频率值小于运输频率的最大值的阶振动模态的频率值所对应的管道模型的位移分布图，对位移分布图中位移值最大的点在新管道模型中进行边界约束，返回步骤（2）、（3）、（6）和（7）再次进行优化计算，直至所得管道模型的阶振动模态的频率值都大于运输频率的最大值，此时，所得到的管道模型则为满足设备运输设计所需的管道模型；

（8）采用ABAQUSE软件中的静力分析模式对管道模型进行优化计算，静力分析模式包括静力分析模块、形状优化模块和迭代计算模块，其中，在迭代计算模块中设置迭代次数t, 0≤t≤30；