登高车动态流量平衡阀阀芯振动抑制分析研究   中山横栏登高车出租, 中山登高车出租, 登高车出租   在动态流量平衡阀流量测试试验过程中，试验显示出小口径产品在小压差工况条件下阀芯振动现象严重，对平衡阀的流量精度和系统的稳定性造成一定的影响，针对此问题，首先将概述单自由度系统振动力学模型建立和振动问题研究的方法，其次通过与合作单位协商并确定选择典型参数样机阀芯振动最严重的位置，拟采用流固耦合模态分析方法对其进行数值模拟研究，同时将提出不同的解决方案进行结构优化设计研究，以期解决阀芯振动问题。

   单自由度系统振动模型建立方法振动现象是工程实际中普遍存在的现象，很多时候会影响工作设备的功能，加剧设备的疲劳和磨损，影响设备的寿命及对环境造成的各种危害。振动现象的发生，除了与系统本身的条件相关，还必须有外界激励作用，即系统的输入，在外界激励下系统的响应就是输出，系统的振动特性可以把二者联系起来，振动系统模型按系统特性参数的分布可分为连续系统和离散系统模型两大类。连续系统的是工程常见的振动系统模型，在数学上用偏微分方程的描述；离散系统的运动，在数学上用常微分方程描述，建立系统模型时需要进行适当的简化。实际的振动系统模型应根据具体情况来抽象分析确定，抽象出的振动系统模型质量都是连续分布的，理论上具有无穷个多个自有度，没有必要按此去分析计算，因此，通常用离散系统来分析系统振动问题，即简化系统为有限自由度系统，常用简化方法有以下三种：

    (1)质量集中法, 即把连续分布的质量按静力等效原则集中为几个质点，是一种最朴素、最直接简化自由度的方法：(2)广义坐标法, 可用来表达质量连续分布的振动系统的位移，她不同于集中质量法采用的真实物理坐标，而是满足位移边界条件基函数的线性组合。如对质量连续分布、长为l的物体，设在t时刻x点的位移为y(x，t)，则可表示为：lxitatxyiisin)：lxisin为基函数，满足物体位移边界条件；ai(t)为待定的组合系数即广义坐标，若求得各个广义坐标ai(t)，则y(x，t)即可确定。通常只需用前面有限的n项叠加就有足够精度, 即通过n个广义坐标就可以把无限自由度的连续系统，转化为一个n自由度系统。(3)有限单元法求解偏微分方程通用的方法就是有限单元法，它利用有限个相互连接的单元所组成的离散系统来代替实际振动系统，定义插值函数给每个单元，单元内任一点的位移用节点位移表示，每个单元在各个相应节点的贡献叠加起来，从而建立求解方程。

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     由建立振动运动方程、求解运动方程、分析求解结果这三个阶段有机联系起来，其中建立振动运动方程是后二者的基础。建立运动方程的方法可分为两大类：一是动静法；二是哈密顿原理方法和拉格朗日方程法，二者基于能力描述与变分方法。(1)动静法为了便于说明该方法，以单自由度系统为例，由牛顿第二定律，质点上所有力（包括阻力、弹性恢复力、给定的外载荷、约束反力等）的矢量和等于其惯性质量与其加速度矢量之积，即41iiFma（5.3）可改写为：0iiFma通过上述改进，一个本质上的动力学问题就变成一个形式上的静力学平衡问题，只要分别用自由度坐标及其导数来表示质点上实际存在的力和假象的惯性力，通过列静力平衡方程即可得到质点的运动微分方程，称之为动静法。(2)拉格郎日方程法系统在实际情况中受到的约束是多种多样的，可以采用哈密顿原理和拉格朗日方程建立振动方程，用自由度坐标及其导数的函数来表达系统的势能、动能和功等标量，从动力学普遍方程导出。qj为系统第j个广义坐标（自由度坐标）；T为系统的动能，对于定常的完整约束，动能仅与速度有关，与位移无关，是速度分量的二次齐次函数；Qj为作用于系统的所有主动力关于坐标qj的广义力，可用虚功原理求出。(3)哈密顿原理哈密顿原理以从一切约束所许可的运动中判断，她作为一个基本的变分原理，在分析力学中提供了一条真正的（实际发生的）运动的准则。对于保守系统而言，在给定初始和终了运动状态，真正的运动哈密顿作用量的变分等于零，即哈密顿作用量具有极值。

      由流体力学与固体力学二者相互交叉而生成的流固耦合力学，是一门力学边缘分支学科，研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响的相互作用的一门学科，其特征是两相介质之间的相互作用，流动载荷作用下的固体产生变形或运动，而或运动的固体反过来有影响流动，改变流体载荷的大小和分布。在流固交界面处应满足流体与固体的位移、热流量、温度、应力相等等边界条件：q为热流量；T为温度；流固耦合系统由于其复杂性，以往的数值分析计算求解方式在计算中出现零能模式，无法推广应用，采用位移的流固耦合有限元方程，在方程上的耦合由两相耦合面上的协调及平衡来引入，流固耦合有限元方程如下式所示：：p为流体节点压力向量；a为结构节点位移向量；Q为流固耦合矩阵；Mf和Kf分别为流体质量阵和刚度阵；Ms和Ks分别为结构质量阵和刚度阵；Fs为结构载荷向量；ρf为流体密度，kg/m3。

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