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1.5.3 结构参数影响

对于锥螺旋管束而言,其结构参数包括大端半径 R 、小端半径 r 、螺距 H 、管束截面直径 D 、壁厚 δ 及自由端的连接体尺寸。由于锥形双螺旋管束不同于传统螺旋管束的最大特点是其锥形结构,通过锥形结构实现嵌套安装。定义锥形双螺旋管束的锥度 θ p 如下

利用超单元技术结合固定界面模态综合法建立不同结构下管束的计算模型,对螺距为0~90mm,锥度为0°~60°,截面厚径比为0.1~0.3,自由端质量体为0.05~1.05kg条件下的管束固有频率进行计算,分析管束结构参数对其固有特性的影响。

1.螺距 H

利用超单元结合固定界面模态综合法,分析螺距 H 变化对锥螺旋管束固有模态特性的影响。首先,从振型来看,随着螺距的变化,各阶模态均保持原有的振动形态,未出现纵向振动与横向振动的跳变。从固有频率来看,各阶频率的变化不同,例如第4阶频率,随着螺距的增大而增大,第5阶频率则随着螺距的增大而减小(见图1-19)。总体来看,螺距的变化对固有频率的影响比较小,当螺距从0~90mm变化时,对于纵向振动形态,锥螺旋管束的频率变化不超过9.2%;对于横向振动形态,频率增大了14%左右。

图1-19 螺距对管束固有频率的影响

2.锥度 θ p

锥螺旋管束的一个显著特点就是其锥形螺旋结构,通过一定的锥度实现嵌套安装。锥度对管束固有频率的影响如图1-20所示,数值计算了锥度从0°~60°变化时螺旋管束的振动特性,随着锥度的增大,螺旋管束的固有频率迅速减小。例如第1阶模态,固有频率从12.7Hz减小到1.565Hz。同时,随着锥度的变化,其固有振型也发生变化。随着锥度的减小,锥螺旋渐变为等曲率的螺旋,在低阶频率范围内,其固有振型表现为纵向振动。

图1-20 锥度对管束固有频率的影响

3.截面厚径比2 δ/D

厚径比对螺旋管束固有频率的影响如图1-21所示,图中曲线为螺旋管束的第2、4阶固有频率的变化。当管束的截面直径保持 D =20mm不变时,随着壁厚的增大,螺旋管束的固有频率逐渐减小,如曲线1所示;当管束的壁厚保持不变( δ =1.5mm)时,随着截面直径的增大,管束的固有频率迅速增大,如曲线2所示。曲线3为综合比较厚径比的变化对螺旋管束固有频率的影响。可以看出,壁厚对管束固有频率的影响相对明显。

图1-21 厚径比对螺旋管束固有频率的影响

4.连接体

在分析自由端连接体重量对振动特性的影响时,连接体的长度为66mm,宽度为42mm,高度为30mm。保持连接体的尺寸不变,通过改变其密度来间接改变螺旋管束自由端连接体的质量。研究结果表明,当连接体质量从0.05kg到1.05kg变化时,螺旋管束的频率逐渐下降,但改变量很小。因此,自由端连接体质量对锥螺旋管束固有频率的影响较小。 Dz9fh0YPF++mEDY3n64sOCRDRmBTLrAZ3HP6cu45zE65TYZS1Y1bjl9XSr2X4bsc

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