弹性储箱内液体晃动及流体阻尼器阻尼机理的实验研究

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流体的波动问题广泛存在于航天航空、舰船运输、流体机械等领域中,重力波与机械波是流体波动的两种重要形式。本文分别通过上开口圆柱形弹性储箱内液体晃动问题和流体阻尼器微振动隔振问题的理论与实验研究,初步探讨了在特定外部动力学条件(急停、阻尼振荡、启动、简谐微振动)的影响下,流体中机械波和重力波的传播规律及其对外部结构所造成的影响。理论和实验研究表明:在圆柱形弹性储箱内液体晃动问题中,液体一点位移的功率谱呈现出“多频峰值”的现象,其中存在典型的非线性晃动二倍频关系。储箱壁的弹性并未显著影响容器内流体中重力波的传播,容器壁上一点的应变值也会出现波动,但是应变大小的功率谱密度并未如同液体晃动一样集中在多个峰值上,而是较为均匀的分布在10Hz以下的低频段,说明液体的晃动在一定程度上“抹平”了弹性容器在低频段的峰值响应频率;在流体阻尼器微振动隔振问题中,首先根据流体中机械波在变截面管道内传播的理论,推导了波动方程并得到经过二维波纹管结构的振动强度透射系数表达式,分析了二维波纹管波长、波间距、波数、波高、扩张面积比等几何因素对该系数的影响。实验实测波纹管结构对输入振动的频谱基本没有影响,但是可以将输入振动的振幅衰减1.0-1.1d B左右,具有一定的隔振效果,这一效果相比理论分析预估值降低了约17%左右,其原因可能是实际实验管道内并不严格满足振动传播的平面波假设所致。
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