往復(fù)壓縮機(jī)管道氣柱固有頻率有限元數(shù)值計算及聲學(xué)實驗分析.pdf

1、本文主要研究了氣柱固有頻率對壓縮機(jī)管道系統(tǒng)振動的影響，同時討論分析了各種不同管道結(jié)構(gòu)對氣柱固有頻率的影響。根據(jù)經(jīng)典的聲學(xué)波動理論，推導(dǎo)出氣柱固有頻率的有限元剛度矩陣方程，采用模態(tài)分析法對管道氣柱固有頻率進(jìn)行數(shù)值計算與分析。與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移矩陣法相比，模態(tài)分析法不僅計算模型直觀，建?？旖?，而且避免了傳統(tǒng)計算方法的漏根現(xiàn)象。然后在數(shù)值計算的基礎(chǔ)上，通過管道的聲學(xué)模擬實驗，對計算結(jié)果進(jìn)行了驗證。
　　本文所提出的氣柱固有頻率模態(tài)分析法，是使

2、用有限元軟件的聲學(xué)模態(tài)分析法。該方法根據(jù)經(jīng)典的聲學(xué)波動方程建立有限元方程推導(dǎo)而得來，通過有限元軟件建立不同的管道氣柱聲學(xué)模型，加上適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件，應(yīng)用非對稱法對所建模型進(jìn)行聲學(xué)模態(tài)分析，并得出氣柱的固有頻率。運用這種方法能夠準(zhǔn)確、快速的計算出任何形狀的壓縮機(jī)管道系統(tǒng)。
　　聲學(xué)模擬實驗是運用聲波傳播原理來模擬壓縮機(jī)管道中氣柱的共振，通過實驗的方法直接測出管道氣柱的固有頻率。在實驗系統(tǒng)中，用不同大小的聲學(xué)信號來激發(fā)實驗管道中的空氣，

3、當(dāng)兩者頻率重合時就發(fā)生共振現(xiàn)象，通過測量此時的聲學(xué)信號頻率大小得出氣柱固有頻率值。這種實驗方法其原理和過程都非常貼近真實的管道共振，并且能夠應(yīng)用于任何形狀的壓縮機(jī)管道系統(tǒng)，因此得出的結(jié)果準(zhǔn)確、可信。
　　本文在建立壓縮機(jī)管道系統(tǒng)氣柱固有頻率模擬方法的基礎(chǔ)上，運用數(shù)值計算與實驗?zāi)M研究了壓縮機(jī)管道元件對氣柱固有頻率的影響，分析了管道的長度、閥門的開啟度等對各階氣柱固有頻率密集性的影響，在相同的條件下出現(xiàn)共振的可能性;而具有支管、彎管

4、的復(fù)雜壓縮機(jī)管道系統(tǒng)由于受到各種不同管道元件的共同影響，其氣柱固有頻率出現(xiàn)了不規(guī)律的變化。這對減少壓縮機(jī)管道在工作時的振動會造成不利的影響，
　　通過本文的研究，驗證了有限元數(shù)值計算氣柱固有頻率的結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，同時還得出來各種管道結(jié)構(gòu)對氣柱固有頻率的影響，直管道長度越長，越容易出現(xiàn)共振，彎管角度越大，越容易共振，閥門關(guān)閉程度越大，越容易共振。這些分析結(jié)果為壓縮機(jī)管道系統(tǒng)設(shè)計中，如何避開共振區(qū)域提供了計算模擬方法和實驗依據(jù)，從而提