[发明专利]一种卡箍-管路系统动力学建模的方法

说明书

本发明属于试验工装技术领域，尤其涉及一种卡箍‑管路系统动力学建模的方法。卡箍‑管路系统动力学建模的方法包括以下步骤：基于管路的横向变形，采用Timoshenko梁单元来对其进行离散，得到管路单元有限元模型；考虑卡箍宽度的影响，建立卡箍离散化模型；将上述离散化的卡箍等效刚度引入到管路有限元模型，建立卡箍‑管路系统的动力学模型。该方法基于卡箍刚度测定、卡箍刚度离散化构建的卡箍‑管路系统有限元模型能够有效的反映管路的实际约束状况，在工程实际中，可以通过对卡箍刚度进行测试，获得不同拧紧力矩下的卡箍实际约束刚度与约束形式，具有指导意义。

技术领域

本发明属于试验工装技术领域，尤其涉及一种卡箍-管路系统动力学建模的方法。

背景技术

管路是航空发动机滑油系统、燃油系统、调节系统和起动系统等附件器件与其他附件连接的重要部件，一般通过卡箍固定于机匣上或者通过卡箍彼此相连，构成复杂的管路系统。长期以来，由振动引起的航空发动机外部管路失效一直是影响发动机可靠性的重要问题之一。因此卡箍-管路系统的动力学研究是十分重要的。

对于卡箍的模型研究方面，尹泽勇和陈亚农对卡箍刚度进行了有限元计算，并且通过试验对典型卡箍的刚度进行了测量，证明了卡箍刚度计算方法的有效性。Gao等基于试验获得飞机管路卡箍刚度并将其简化为弹簧支撑，模态试验与仿真结果吻合较好。Ulanov和Bezborodov采用商用软件ANSYS对卡箍的刚度和阻尼进行迭代修正，最终获得单联卡箍的刚度与阻尼。王鸿鑫等针对航空液压管系中的块卡等支撑元件，建立了管路支撑的离散化模型，分析了支撑参数变化对管系振动特性的作用规律。李占营等利用柔性卡箍刚度试验验证了卡箍刚度分段线性的特点，进而研究了支撑刚度对系统非线性行为的影响。刘伟等将卡箍简化为末端固定的具有一定刚度的弹簧单元，对复杂管路系统的关键卡箍位置进行了优化设计。

在卡箍的安装过程中，拧紧力矩对于卡箍的约束作用有着直接的影响，许多学者根据实际的连接结构，基于有限元和试验的方法对其进行了研究。Iremana通过实验分析了螺栓夹紧力等因素对应力分布的影响，实验结果与模型计算基本吻合。Qiu等采用有限元法研究了影响螺栓连接性能的各项因素，结果表明预紧力是最重要的因素。Wei等通过试验系统的研究了螺栓预紧力等因素对螺栓结构固有频率的影响，并通过有限元法对其进行了分析。Nassar等为了提高螺栓连接的夹紧力估算的可靠性，通过实验分析了拧紧速度等因素的影响。Rao和Wei提出了螺栓预紧力的有限元反推算法，得到了螺栓不松动的预紧力范围。

在现有的关于航空发动机外部管路金属橡胶卡箍的参数化建模研究中，大多采用集中参数法将卡箍简化为单根弹簧进行仿真计算，而这与有一定宽度的卡箍实际约束作用不符，需要对金属橡胶卡箍进行更为精确的建模处理。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有的建模方式得到的结果精确性的技术问题，本发明提供一种卡箍-管路系统动力学建模的方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种卡箍-管路系统动力学建模的方法，其包括以下步骤：

基于管路的横向变形，采用Timoshenko梁单元来对其进行离散，得到管路单元有限元模型；

考虑卡箍宽度的影响，建立卡箍离散化模型；

将上述离散化的卡箍等效刚度引入到管路有限元模型，建立卡箍-管路系统的动力学模型。

优选的，管路单元有限元模型为：其自由度为

u＝[x_A,y_A,θ_xA,θ_yA,x_B,y_B,θ_xB,θ_yB]^T (1)