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申请/专利权人：烟台大学

摘要：本发明公开了一种用于标定管路卡箍线刚度、扭转刚度和损耗因子的方法，属于试验工装的技术领域，方法包括：构建卡箍刚度阻尼测量装置，利用振动激振器和传感器获得管路‑卡箍系统的振动响应和实验传递函数；建立管路‑卡箍系统的动力学理论模型，计算管路‑卡箍系统的理论传递函数；通过比较实验和理论传递函数，利用数值分析法获得卡箍的线刚度和扭转刚度和损耗因子。本发明基于分析管路‑卡箍系统中的管路弯曲波传递特性，实现在一次实验中对卡箍线刚度和扭转刚度和损耗因子的快速且准确评估，显著降低了卡箍动刚度评估的复杂性，并提高了测量结果的准确性。

主权项：1.一种用于标定管路卡箍线刚度、扭转刚度和损耗因子的方法，包括以下步骤：S1：构建卡箍刚度阻尼测量装置，利用振动激振器7和传感器获得管路-卡箍系统的振动响应和实验传递函数；在步骤S1中，所述实验传递函数的测量方法为：S11：将管路3的一端固定，满足悬臂梁的边界条件；S12：设计夹具5，将卡箍4样品安装在管路3上；S13：通过振动激振器7在管路3的自由端施加径向随机激励，利用振动传感器6测量管路系统的振动响应，基于测量的振动响应计算管路3的实验传递函数H1ω=A2ωA1ω和H2ω=A3ωA1ω，其中：A1ω、A2ω、A3ω分别代表在1、2、3点通过振动传感器6测得的振动响应，三个点的位置分别对应三个振动传感器6的位置，H1ω为2点与1点间的实验传递函数，H2ω为3点与1点间的实验传递函数；S2：建立管路-卡箍系统的动力学理论模型，计算管路-卡箍系统的理论传递函数；S21：构建管路-卡箍系统动力学理论模型，具体包括：利用欧拉-伯努利梁模拟管路-卡箍系统中的管路，综合考虑卡箍线刚度和扭转刚度及其损耗因子，构建悬臂梁的边界条件和卡箍4处的连续条件，进而获得管路-卡箍系统的动力学理论模型；S22：将管路的弯曲波一般解带入到管路-卡箍系统动力学理论模型的边界条件和卡箍4处的连续条件，获得管路3不同位置上的振动响应及理论传递函数；S3：通过比较实验传递函数和理论传递函数，利用数值分析法获得卡箍4的线刚度和扭转刚度及其损耗因子；将ξ=x1、x2、x3处管道振动响应之间的两个理论传递函数、，与实验传递函数H1ω和H2ω进行对比，进而调整卡箍刚度及损耗因子值，直到理论传递函数及实验传递函数峰值相等，即： ； 为1、2点间理论传递函数，为1、2点时实验与理论传递函数的相位差，为1、3点间理论传递函数，为1、3点时实验与理论传递函数的相位差；式中，、、分别为管路在x1、x2、x3处的振动响应；对于每个频率，利用牛顿-拉斐森迭代法推导复数的线刚度和扭转刚度，如下式： ；构建管路-卡箍系统的动力学理论模型的方法为：管路-卡箍系统是由复数线刚度和扭转刚度及欧拉-伯努利梁构成；利用弯曲波分析法预测管路振动传递解析模型，欧拉-伯努利梁的波动方程表示为： ；式中E代表管路的杨氏模量；I代表惯性矩；Mb单位长度质量；为横向位移，为管路横截面位置ξ与时间t的函数；为偏导数；所述悬臂梁的边界条件为： ；其中，l1、l2分别为卡箍左右两侧管路的长度，F为激振力，为管路固定端处的位移，为管路自由端处的位移；所述卡箍的连续条件为： 式中，表示以卡箍为节点的左端处管路的位移；表示以卡箍为节点的右端处管路的位移；其中：、，式中：St和Sr分别为卡箍的线刚度和扭转刚度，为虚数单位，的平方为-1；ηt和ηr分别为线刚度的损耗因子和扭转刚度的损耗因子，其中： ；式中，Str为复数线刚度实部、Sti为复数线刚度虚部；Srr为复数扭转刚度实部，Sri为复数扭转刚度虚部；实现上述方法的装置包括：液压台钳1、夹具5、振动传感器6、振动激振器7、光学平台8、信号发生器9和动态数据采集系统10；其中，所述夹具5通过螺栓安装在所述光学平台8上，所述夹具5用于夹紧管路3，待测卡箍4安装在管路3上并与夹具5连接，所述管路3的一端通过半圆块2安装在液压台钳1上，管路3的另一端为自由端；所述振动传感器6安装于管路3上，所述振动传感器6用于测量振动响应；所述振动激振器7位于管路3的自由端，所述振动激振器7用于提供随机激振力，振动激振器7与信号发生器9连接，动态数据采集系统10与振动传感器6连接。

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