本发明涉及管路系统动力学建模及减振，具体而言，尤其涉及一种经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法。
背景技术：
1、近年来，输送流体的管路系统被广泛应用于众多工程领域，比如航空航天、船舶及海洋工业、核电工业以及化学工业等等。这些大型设施通常配备有错综复杂的管路系统，来输送液压油或者天然气，例如飞机发动机内部的液压管路系统。然而，在运行过程中，由于内部流体和外部激励作用，管路系统不可避免地会产生过度振动，这可能会导致管路发生疲劳甚至失效，进而影响整个系统的正常运行。尽管在设计阶段，通过进行管型走向和支撑布局的优化，有助于规避其发生共振的可能性。但在服役阶段，依然存在着各种不确定的因素，使得预定的设计方案无法始终保持满足工程需求。
2、因此，对于管路系统的振动问题进行深入的研究，运用适当的振动抑制措施，无疑是对保障整个系统的稳定运行起到至关重要的作用。增加系统的阻尼以有效抑制其振动已然成为工程结构振动控制的有效方法。约束阻尼层(cld)材料因其卓越的阻尼耗能特性、良好的适应性及可操作性等优势，正逐渐被广泛应用到抑制结构振动。因此，为了解决输流管路系统的振动问题，提出了一种经cld处理的输流管路系统动力学建模与减振方法。
技术实现思路
1、根据上述提出输流管路系统的振动的技术问题，提供一种经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法。本发明选取一种由zn-1型粘弹性阻尼材料与铝箔粘制而成的复合结构作为减振材料，可以实现各类型输流管路的动力学建模以及稳定性分析，从而为以减振为目标的管路系统提供了基础模型。
2、本发明采用的技术手段如下：
3、一种经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法，包括：
4、s1、在直管段的外部经过cld处理和内部输送流体，构建输流层合直管段的能量方程；
5、s2、在弯曲管段的内部输送流体，构建输流弯曲管段的能量方程；
6、s3、基于构建的输流层合直管段的能量方程和输流弯曲管段的能量方程，构建管段连接模型，并设定卡箍的非均匀约束边界；
7、s4、基于切比雪夫多项式，构造位移容许函数；
8、s5、基于构建的位移容许函数，求解经过cld处理输流管路系统的动力学方程，并进行振动抑制和稳定性分析。
9、进一步地，所述步骤s1，具体包括：
10、s11、管路的振动一般被正交简化为面内与面外两个运动方向，共包含6个位移分量，基于等效单层理论，计算管路内表面到中性面的距离h0，如下：
11、
12、其中，ek和tk分别表示第k层结构的储能模量和层厚，k＝p、v或c分别表示基体、粘弹性层以及约束层，hk表示第k层结构的外表面到管路内侧的距离，且有h0＝0；
13、s12、基于timoshenko梁理论，考虑惯性、剪切和扭转效应，将经过cld处理的三维输送流体直管的应变-位移关系表示为：
14、
15、其中，和分别表示第k层材料的轴向应变、面内弯曲应变和面内剪切应变，和分别表示面外弯曲应变、面外剪切应变以及轴向扭转，符号表示各层的位移分量；
16、s13、根据广义胡克定律，将模型的应力-应变关系表示为：
17、
18、其中，κ表示剪切修正因子，qk表示每层材料的刚度系数矩阵，νk和gk分别为材料泊松比和剪切模量；
19、s14、计算经cld处理的输流直管段面内和面外振动的应变能，如下：
20、
21、s15、在管路内部，流体稳定流动导致的科里奥利力和离心力效应所产生的能量，如下：
22、
23、
24、其中，pf和γf分别表示管路内部流体压力和流体速度；
25、s16、计算经cld处理的输流直管段的动能，如下：
26、
27、其中，ρk、ak、ik和jk分别是第k层材料的密度、横截面积、横截面惯性矩和扭转惯性矩，jk＝2ik，rk为各层材料的半径；
28、s17、计算直管段中流体的动能，如下：
29、
30、其中，角标f代表流体。
31、进一步地，所述步骤s1中还包括计算因流体施加的压力导致管路壁之间的泊松耦合效应，产生额外的轴向力的步骤，计算公式如下：
32、
33、进一步地，所述步骤s2，具体包括：
34、s21、将直管段的中轴线进行弯曲，则可得到弯曲半径为rb且弯曲角度为βcp的弯曲管段，弯管段含有面内与面外两个运动方向，采用数学模型表示应变-位移关系，如下：
35、
36、s22、基于步骤s21表示的应变-位移关系，计算输流弯曲管段面内和面外振动的应变能，如下：
37、
38、s23、在稳态流速下，管路内流体的流动会导致中心线的拉伸，形成稳定的组合张力，将组合张力表示为流体压力和轴向力的组合形式，如下：
39、
40、s24、计算内部流体的稳定流动所产生的科里奥利力和离心力可触发管路振动，如下：
41、
42、
43、其中，轴向力被考虑在步骤s21的公式中；
44、s25、计算流体输送弯曲管路的动能，如下：
45、
46、
47、进一步地，所述步骤s3，具体包括：
48、s31、在获得任意管段的能量表达式后，基于人工弹簧法模拟管段间的虚拟连接，以形成预定的管路结构，在直管段与弯曲管段之间设置一个虚拟连接点，虚拟连接点配置一个具有6个约束方向的连接弹簧组，通过调控连接刚度，模拟各种连接状态；
49、s32、计算连接弹簧组所产生的弹簧势能，如下：
50、
51、其中，表示第i个连接弹簧组的约束刚度，符号±表示相邻管段位移差的矢量方向，如果坐标系的正方向与变形的正方向一致，为负号；否则，则为正号；
52、s33、考虑卡箍部件对管路系统的约束效应，基于人工弹簧法，考虑管路轴向变形的影响，在卡箍的宽度方向将其离散为nspr个弹簧组，且在轴向上满足如下特定分布：
53、
54、其中，表示第个弹簧组的边界刚度，和分别表示刚度分布因子和刚度阈值系数；
55、s34、计算由卡箍约束所产生的边界弹簧势能，如下：
56、
57、其中，nc表示卡箍的数量。
58、进一步地，所述步骤s4，具体包括：
59、s41、计算直管段和弯管段上任意点p的位移，表达式如下：
60、
61、式中和分别表示广义坐标向量，p(δ)为n阶切比雪夫多项式，当构造直管段位移函数时，变量δ取x，但当表示弯管段位移函数时，变量δ取α，多项式的迭代格式具体为p1(δ)＝1,p2(δ)＝δ,pi(δ)＝2δpi-1(δ)-pi-2(δ),δ≥3；
62、s42、由于切比雪夫多项式涉及x和α方向上的无量纲坐标，因此需将坐标从δ∈[δj,δj+1]映射至δ∈[-1,1]，将映射关系表示为：
63、
64、进一步地，所述步骤s5，具体包括：
65、s51、将cld处理的流体输送管路的各部分能量代入拉格朗日方程，则有：
66、
67、其中，l＝t-u+w，w为外力所做的功；
68、s52、将步骤s41中的公式代入至步骤s51中的公式中，并忽略非线性项，获得经cld处理的流体输送管路系统的动力学方程如下：
69、
70、其中，cp和mp分别表示管路的复刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵，kspr、cspr和kcon分别表示卡箍的边界刚度矩阵、阻尼矩阵和管段间的连接刚度矩阵，kf、mf和gf分别为流体域的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，q*符号表示位移向量；
71、s53、基于步骤s52，获得经cld处理的流体输送管路系统特性方程，如下：
72、|-ω*2m+iω*c+k*|＝0
73、其中，m＝mp+mf、和c＝cp+cspr+cf。
74、较现有技术相比，本发明具有以下优点：
75、1、本发明提供的经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法，可以实现多类型经cld处理的输流管路的动力学建模以及振动抑制分析，从而为以减振为目标的管路系统提供了基础模型。
76、2、本发明提供的经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法，引入了卡箍部件的非均匀约束模型，可以实现在一般边界条件下管路系统的振动特性研究。
77、基于上述理由本发明可在管路系统动力学建模及减振技术等领域广泛推广。
1.一种经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法，其特征在于，所述步骤s1，具体包括：
3.根据权利要求2所述的经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法，其特征在于，所述步骤s1中还包括计算因流体施加的压力导致管路壁之间的泊松耦合效应，产生额外的轴向力的步骤，计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法，其特征在于，所述步骤s2，具体包括：
5.根据权利要求1所述的经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法，其特征在于，所述步骤s3，具体包括：
6.根据权利要求1所述的经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法，其特征在于，所述步骤s4，具体包括：
7.根据权利要求1所述的经约束阻尼层处理的输流管路系统动力学建模与减振方法，其特征在于，所述步骤s5，具体包括：
