中圖分類號 論文編號 1028707 13科分類號 085222 碩士學(xué)位論文 飛機液壓管道動力學(xué)設(shè)計及裝配應(yīng)力分析 研究生姓名 王晶 學(xué)科、專業(yè) 交通運輸工程 研究方向 飛機液壓 管道 振動 指導(dǎo)教師 陳 果 教授 南京航空航天大學(xué) 研究生院 民航學(xué)院 二一三年一月 y of 2013 承諾書 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱 ,可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 (保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書 ) 作者簽名： 日 期： 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 i 摘 要 飛機管道的結(jié)構(gòu)完整性是整個飛機、發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性和可靠性的重要組成部分。目前，在新機研制過程中，導(dǎo)管斷裂及管接頭漏油故障十分頻繁。統(tǒng)計資料表明，飛機導(dǎo)管故障已經(jīng)成為飛機故障的主體。管道故障大部分是由導(dǎo)管設(shè)計方面和裝配方面原因引起的，鑒于此，本文主要研究以下內(nèi)容： （ 1） 以某型飛機液壓管道為研究對象，使用典型六面體單元對管道進行有限元建模，得到管道的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣 ，介紹了管道模態(tài)計算方法、管道響應(yīng)計算和強度理論，并使用液壓試驗臺上的管道從仿真和試驗的角度對管 道有限元模型進行驗證。 （ 2） 從流體壓力脈動、基礎(chǔ)振動、沖擊壓力和管道附件振動四個方面對引起管道振動的原因進行分析，推導(dǎo)出管道的壓力脈動計算公式，并在 模擬管道的振動環(huán)境，為研究管道的振動抑制技術(shù)提供基礎(chǔ)。 （ 3） 從振源抑制、 調(diào)節(jié) 管道固有頻率和施加阻尼三個角度對管道的振動抑制技術(shù)進行研究。其中，改變管形 、調(diào)節(jié) 管道的固有頻率、施加卡箍可以有效的減小管道因基礎(chǔ)激勵、壓力脈動和沖擊壓力引起的振動；施加阻尼可以明顯的減小管道共振時的振動。這一結(jié)論與實際應(yīng)用達到了很好的一致性，能夠為導(dǎo)管的優(yōu)化配置提供指導(dǎo)意義。 （ 4） 裝配應(yīng) 力過大 是 引起管道故障的又一原因。本文以實際的液壓管道為研究對象， 一方面，將管道的安裝應(yīng)力分為三種情況進行討論。第一、管道的安裝應(yīng)力過大，管道產(chǎn)生塑性變形；第二、管道的安裝應(yīng)力處于中等情況，管道處于彈性變形范圍內(nèi)；第三、管道的安裝應(yīng)力較小，沒有產(chǎn)生任何變形。模擬仿真以上三種情況，對管道進行模態(tài)分析，得出管道固有頻率的變化情況 。另一方面，從試驗的角度模擬管道的安裝應(yīng)力，通過分析得出管道存在安裝應(yīng)力與否對固有頻率影響較大。仿真與試驗得出的結(jié)論一致。 為開發(fā)管道裝配應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)提供依據(jù)。 關(guān)鍵詞： 飛機液壓管道，基礎(chǔ) 激勵，壓力脈動，沖擊壓力 ， 裝配應(yīng)力飛機液壓管道動力學(xué)設(shè)計及裝配應(yīng)力分析 he of is an of At is of of by of So as (1) by to by of of (2) of in it of (3) by a It of (4) is of as on is is is in is t of of On of of of is It 京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 I 目 錄 第一章 緒論 . 1 題研究的意義 . 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 3 于管道振動設(shè)計的國內(nèi)外相關(guān)標準 . 3 道振動抑制技術(shù)研究現(xiàn)狀 . 5 道初始安裝應(yīng)力研究現(xiàn)狀 . 7 前研究中存在的問題 . 10 文的主要研究內(nèi)容 . 10 第二章 飛機液壓管道振動建模理論 . 11 言 . 11 于六面體單元的管道有限元建模 . 11 面體單元質(zhì)量矩陣和剛度矩陣 . 11 部坐標系與整體坐標系的坐標變換 . 13 體剛度矩陣和質(zhì)量矩陣組裝 . 14 道模態(tài)分析計算方法 . 16 道響應(yīng)計算方法 . 17 度理論 . 18 型驗證 . 20 真分析 . 20 驗驗證 . 20 真結(jié)果與實驗結(jié)果對比 . 21 章小結(jié) . 22 第三章 飛機液壓管道激勵源分析 . 23 言 . 23 型飛機液壓管道簡介 . 23 體壓力脈動 . 24 流體壓力脈動引起管道振動的原因 . 24 力脈動計算 . 25 模擬管道壓力脈動 . 25 道壓力脈動響應(yīng)分析 . 26 飛機液壓管道動力學(xué) 設(shè)計及裝配應(yīng)力分析 礎(chǔ)振動引起的管道振動 . 27 礎(chǔ)激勵引起管道振動的原因 . 27 模擬管道的基礎(chǔ)振動 . 29 道基礎(chǔ)激勵響應(yīng)分析 . 30 態(tài)沖擊壓力引起的管道振動 . 30 態(tài)沖擊壓力引起管道振動的原因 . 30 模擬管道的瞬態(tài)沖擊壓 力 . 31 道沖擊壓力響應(yīng)分析 . 32 道附件引起的振動 . 33 章小結(jié) . 34 第四章 飛機液壓管道振動抑制技術(shù)研究 . 35 機液壓管道振動抑制技術(shù)分類 . 35 源抑制技術(shù)研究 . 35 有頻率調(diào)節(jié) . 36 尼的應(yīng)用 . 36 變管形對管道振動的影響分析 . 36 變管形對管道壓力脈動影響分析 . 37 油管管形改變對管道壓力脈動影響分析 . 37 油管管形改變對管道壓力脈動影響分析 . 39 形改變對管道沖擊壓力影響分析 . 42 變支撐結(jié)構(gòu)對管道振動影響分析 . 43 變支撐結(jié)構(gòu)對直管道影響分析 . 43 . 45 尼對管道振動影響 . 48 尼對管道壓力脈動的影響 . 48 尼對管道基礎(chǔ)激勵的影響 . 49 章小結(jié) . 50 第五章 飛機液壓管道初始裝配應(yīng)力仿真分析 . 51 言 . 51 道安裝應(yīng)力計算理論 . 51 道裝配應(yīng)力仿真分析 . 53 道裝配應(yīng)力仿真分析預(yù)處理 . 53 道裝配應(yīng)力較大的情況 . 54 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 管道裝配應(yīng)力中等的情況 . 56 道裝配應(yīng)力較小的情況 . 56 壓管道試驗臺安裝應(yīng)力測試 . 57 驗?zāi)B(tài)分析理論 . 57 壓管道試驗臺簡介 . 57 態(tài)實驗設(shè)備 . 58 于錘擊法的管道模態(tài)實驗 . 60 試驗結(jié)果分析 . 61 章小結(jié) . 62 第六章 總結(jié)與展望 . 63 文工作總結(jié) . 63 文工作展望 . 63 參考文獻 . 64 致 謝 . 68 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 . 69 飛機液壓管道動力學(xué) 設(shè)計及裝配應(yīng)力分析 表清單 圖 故障管道隨時間的變化 趨勢圖 . 1 圖 導(dǎo)管故障按批次 的統(tǒng)計結(jié)果 . 1 圖 導(dǎo)管故障 類型 分類 . 2 圖 飛機液壓導(dǎo)管故障圖 . 2 圖 約束前后應(yīng)力比較 . 5 圖 消振器原理圖 . 6 圖 加消振 器前后管道加速度譜 . 6 圖 兩種緩沖器 . 7 圖 管道安裝應(yīng)力模擬過程 . 9 圖 爐體框架應(yīng)力、應(yīng)變及變形檢測原理 . 9 圖 六面體正規(guī)單元 . 11 圖 局 部坐標系與 系統(tǒng) 整體坐標系 . 14 圖 研究管道 . 20 圖 管道三維實體模型圖 . 20 圖 方向分別敲擊 . 21 圖 管道沿 X、 Y、 Z 方向的加速度頻響函數(shù) . 21 圖 本文研究使用的某型飛機真實液壓管道 . 24 圖 模擬管道壓力脈動時的約束條件 . 26 圖 管道 253 壓力脈動時的位移響應(yīng)曲線 . 27 圖 發(fā)動機艙載荷曲線 . 29 圖 模擬管道基礎(chǔ)激勵時的約束條件 . 30 圖 管道 113 基礎(chǔ)激勵時的位移響應(yīng)曲線 . 30 圖 導(dǎo)管極限工作壓力脈沖 . 31 圖 壓力曲線 . 31 圖 3. 9 模擬管道瞬態(tài)沖擊壓力時的約束條件 . 32 圖 道 2沖擊環(huán)境下的加速度響應(yīng)曲線 . 32 圖 道 2沖擊環(huán)境下應(yīng)力曲線 . 33 圖 道 2沖擊環(huán)境下位移響應(yīng)曲線 . 33 圖 壓系統(tǒng) . 33 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 V 圖 彎管處引起的激振力 . 35 圖 異徑管處引起的激振力 . 35 圖 管道 1. 37 圖 管道 2. 37 圖 管道 253 改變前后施加固定約束時應(yīng)力和位移比較 . 37 圖 管道 253 改變前后施加彈性約束時應(yīng)力和位移比較 . 38 圖 管形改變后的管道 . 39 圖 管道改變管形后的振動應(yīng)力比較 . 39 圖 改變管形前后的吸油管道 166 . 40 圖 道 166 改變前后施加 固定 約束時應(yīng)力和位移比較