[发明专利]一种薄壳流固耦合振动检测系统及其控制方法

说明书

一种薄壳流固耦合振动检测系统，用于实现薄壳在流体冲击下的流固耦合振动信号检测，由机械动力子系统、流体控制子系统与振动检测分析子系统组成；所述机械动力子系统用于装置物理实体的支撑框架与流体的容纳，以及驱动扰动执行机构使流体产生一定的初始扰动，进而产生流体冲击；所述流体控制子系统用于实现薄壳流固耦合振动检测过程中的流体输送、循环、流量控制和溢流控制；所述振动检测分析子系统用于实现流体冲击条件下的薄壳流固耦合振动数据的采集、转换和处理。本发明可实现薄壳流固耦合振动的在线检测与自动化控制，并可提供更加高效、柔性的检测规程与方案。

技术领域

本发明涉及机电液一体化工程检测与控制领域，尤其是涉及面向一种薄壳流固耦合振动检测系统及其控制方法。

背景技术

薄壁管壳以其良好的力学性能与几何特性而被广泛应用于土木、船舶、石油、化工、采矿、冶金、电气、航空、航天、机械、农业、食品、医疗、生物等多个工程领域。随着现代工业技术的不断发展，薄壁管壳的振动与噪声问题逐步引起关注。

薄壁管壳振动动力学模型主要分为两类：梁结构模型和壳结构模型。对于l/d(l为管长，d为管外径)较大的长管可用欧拉-伯努利(Euler-Bernoulli)梁模型或铁木辛克(Timoshenko)梁模型来分析；对于薄壁管壳(径厚比＞10)，由于振动时所对应的周向模数较大，且当管壁的厚度同其它几何尺寸(公称半径、长度)相比较小时，宜采用壳模型进行研究。

在实际工业应用中，薄壁管壳(如压力容器、石油管道、航天器外壳)一般以流固耦合的方式出现，主要分为流体在薄壳内与流体在薄壳外两种形态。管壳在多场、多激励的冲击作用条件下，会产生一定幅度的振动与噪声；在某些特殊情况下，冲击振动会致使管壳疲劳断裂，造成严重的生产事故。因此，研究薄壁管壳流固耦合冲击振动产生机理，确定其振动能量流传播规律与声场辐射特性，无论是对管壳构件的制造，还是对相关工程装备的检测与控制，都具有重要的实际意义。

当前关于薄壁管壳的振动特性检测系统多以检测其静态力学性能为主，关于其动力学特性的检测的方法与装置较少，且多集中在真空条件下的振动模态分析与频散特性扫描等方面。因此，研发一种薄壳流固耦合振动检测系统是非常有必要的。

发明内容

为了解决薄壳流体冲击振动动力学特性分析及其相关技术问题，本发明提供一种可实现薄壳流固耦合振动的在线检测与自动化控制，并可提供更加高效、柔性的检测规程与方案的薄壳流固耦合振动检测系统及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种薄壳流固耦合振动检测系统，所述薄壳流固耦合振动检测系统实现薄壳在流体冲击下的流固耦合振动信号检测，由机械动力子系统、流体控制子系统与振动检测分析子系统组成；

所述机械动力子系统用于装置物理实体的支撑框架与流体的容纳，以及驱动扰动执行机构使流体产生一定的初始扰动，进而产生流体冲击；所述机械动力子系统包括实体支撑模块、流体容器模块和初始扰动模块；

所述流体控制子系统用于实现薄壳流固耦合振动检测过程中的流体输送、循环、流量控制和溢流控制，所述流体控制子系统包括流体循环模块、流量控制模块和流体溢流模块；

所述振动检测分析子系统用于实现流体冲击条件下的薄壳流固耦合振动数据的采集、转换和处理，所述振动检测分析子系统包括信号采集模块、A/D转换模块与数据处理模块。

进一步，所述实体支撑模块由4040铝合金型材与配对的角件搭建而成；所述4040铝合金型材是支撑架，相互之间由角件相连接而成，通过T型螺栓、法兰螺母紧固安装在对应的角件上，实现对实验平台各个功能模块的固定和连接。