升降车阀芯流固耦合模型建立及流场分析:  中山三角升降车出租,  中山升降车出租,  升降车出租     (1)模态分析法, 线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标通过模态分析法将变换为模态坐标，这个独立方程组以模态坐标及模态参数描述，求解便可得到系统的模态参数。其中，模态振型是指用坐标变换为模态矩阵。模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。(2)固定界面模态综合法针对复杂结构的动力学响应，采用直接法求解，用有限元离散化方法得到的多自由度系统计算往往是非常困难的，工程上一般只需要计算少数几个低阶特征对，因此，提出固定界面模态综合法来计算此问题。该方法是把一个整体结构看成由若干个子结构组合而成，子结构之间彼此通过界面节点相连，分析其各个子结构模态特性，在保留各结构主要低阶模态信息的基础上，求得各子结构分支模态，利用结点位移坐标法对各个子结构的物理坐标进行模态坐标转换和模态坐标组集，消去孤立的模态坐标，得到可以描述整个系统运动的、独立坐标组成的广义坐标，来求解复杂结构动力学特征值的问题。

      本文采用的理论研究方法通过上述对振动理论、振动问题研究方法的探讨，本文采用流固耦合模态分析方法，分两个环节入手对其进行分析研究，第一个环节先进行平衡阀流场分析，以阀芯振动最严重位置处的平衡阀为研究对象，建立平衡阀内流道模型，划分网格，进行网格无关性检验，选取耦合面，设置实际工况下边界条件，得到耦合面上的压力脉动信息；第二个环节进行流固耦合模态分析研究，建立典型工况位置下的平衡阀模型，输入零部件材料参数，施加约束和载荷，导入第一环节所得到的耦合面压力脉动信息，进行分析计算。

    动态流量平衡阀阀芯振动理论力学模型建立动态流量平衡阀根据其工作原理和阀芯所处的位置的限定，采用刚度法建立振动力学模型：将阀芯取出作为隔离体分析其所受到的力，包括弹簧力和重力，将弹性力用位移表示，阻力用速度（位移对时间的一阶导数），惯性力用加速度（位移对时间的二阶导数）表示，最后给出阀芯的平衡方程并简化。由Y0，得：mycymgky0,  由动位移系统振动方程可知，系统振动微分方程不受重力影响，引入无量纲参数2cmw，称为阻尼比，则上式变为：2y2wywy0,  设解为styte，代入上式，得：2220stswswe,  要使上式对任何时刻皆成立，必须：22s2wsw0, 此即为运动微分方程的特征方程, 由此得微分方程的通解：待定常数c1，c2由初始条件确定。

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     (1)流固耦合模型建立,  建立所选工况位置处的动态流量平衡阀实体模型，在不影响整体结构和分析结果的前提下，忽略了对结构影响较小的倒角，工艺孔等结构，将最终的模型导入CFX软件中反向建模生成平衡阀流体域模型，抑制其它部件可得到阀芯振动组合构件，为固体域模型：(2)网格的划分及耦合面选取将三维模型导入ANSYSWorkbench进行前处理，并对流体域和固体域分别进行网格划分。考虑计算的精度，从而在总体上控制网格单元的数量，以保证仿真模拟结果能真实反映动态流量平衡阀流固耦合的模态特征。从流体域模型中选取并定义耦合面的位置，用以监测耦合面上的压力脉动信息，耦合面的选取：平衡阀进口处流速较小，分布相对均匀，经过阀芯端面及侧面开孔时，由于节流的作用，速度急剧增大，在拧紧螺丝下部及阀芯支架左部区域，流速较小；阀门进口处压力较大，分布较均匀，经过阀芯后，46压力急剧减小，在拧紧螺丝附近区域和和阀门出口，压力较平稳且分布均匀。阀门进口处湍动能相对较小，分布较均匀，经过阀芯端面及侧面开孔时，湍动能急剧增大，且分布较混乱，内部流动不稳定。

      阀芯流固耦合模态计算分析,  (1)材料性能参数根据《ASMEBPVCSECT.ⅡPartD,2015ED》查询得到平衡阀阀芯组件的材料参数：(2)载荷与约束的施加, 根据平衡阀的实际工作位置，对其进行流固耦合模态分析时的设定条件如下：①对阀芯支架下端面施加固定约束；②对阀芯支架上部侧面施加固定约束；③对阀芯下端内部面施加弹簧力，方向垂直与该面向上；④对拧紧螺丝内部端面施加弹簧力，方向垂直与该面向下；⑤导入流场作用在阀芯上的耦合面压力脉动信息：系统的振动特性可由模态分析来确定，各阶固有振型的线性组合用来表示结构的振动，低阶振型对结构的振动影响程度要比高阶振型大，因此，低阶振型决定了结构的振动特性，在Modal模块下采用Lanczons方法对平衡阀阀芯组件的前6阶固有频率进行分析，得出阀芯组件前6阶频率变化相对应的振型图：通过对阀芯组件振型图的分析，得出其前6阶模态的固有频率、极值、方向和振型等振动特性。阀芯组件前6阶模态频率范围随阶数的增加呈现递增的趋势，主阵型表现为阀芯的弯曲、扭转、拉伸等特征。平衡阀工作过程中，主要承受的外部激励来自于流体激振和系统的工作频率，流体激振作用在阀芯上的压力脉动信息已通过上述耦合面导入，系统的工作频率即变频水泵的工作频率，通过与相关厂家交流得知，水泵的频率与压力相关，通常在给水供暖系统中保持在0～50Hz之间，对比阀芯组件的固有频率，可知阀芯组件的一阶和二阶固有频率处于共振范围内，有可能会发生共振。

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