频带禁区:远离共振的管道设计策略

本文介绍了一种通过调整卡箍使得管道避免发生共振的设计策略.当管道的固有频率在机械设备运作时产生的振动频率范围内,会引发共振现象,给机械设备的正常操作带来严重的灾难.因此,把机械设备操作产生的振动频率范围定义为频带禁区.通常,工程中的管道被简化为多跨输流管道:通过将卡箍简化为线性和扭转刚度,建立了多跨输流管道的整体管道模型.通过采用Galerkin截断方法并应用广义特征值方法,获得了多跨输流管道的固有频率.通过对比不同长度的管道固有频率和频带禁区,定义了管长的安全范围和共振范围分别为频带禁区的外和内,并且通过分析卡箍的影响推导得出了绝对安全长度和绝对共振长度.此外,还确定了卡箍刚度和位置对安全范围的影响.结果表明,通过调整卡箍的线性刚度、扭转刚度和位置,管道的安全范围会发生显著地变化.根据这些结果,提出了一种管道设计策略,从而避免了管道的共振发生,并减少了使用卡箍的数量.最后,以飞机上的一段管道为例进行了设计,结果表明:通过调整卡箍,管道的固有频率成功地远离了频带禁区,因而在飞机的运行过程中不会发生共振.总而言之,通过调整卡箍的刚度或位置,可以获得避免多跨输流管道发生共振的设计策略.