[发明专利]一种管路结构振动载荷分析方法

权利要求书

1.一种管路结构振动载荷分析方法，其特征在于，包括以下步骤：第1步，获取管路结构动特性；

第2步，在管路结构典型位置处设置测点，获取测点的加速度响应功率谱密度；

第3步，采用等效白噪声激励法计算各测点处模态加速度均方根值；

第4步，利用各测点位置模态振型值，对第3步中的各测点模态加速度均方根值进行加权平均，获取管路结构各阶模态加速度均方根值；

第5步，进行随机振动下模态均方根等效载荷的计算。

2.一种如权利要求1所述的管路结构振动载荷分析方法，其特征在于，所述第1步具体包括：通过仿真计算或试验测量获取管路结构的模态频率、模态振型，通过试验测量获得管路结构的模态阻尼，依据管路结构的具体几何尺寸、材料属性建立结构有限元模型，在管路两端的支撑端面固支，计算获得管路结构的模态频率f_i和模态振型φ_i(x)。

3.一种如权利要求2所述的管路结构振动载荷分析方法，其特征在于，所述第2步具体包括：通过仿真计算或试验测量的手段获取管路结构典型位置处的加速度响应功率谱密度，在管路结构两端的支撑端面的Z向施加加速度功率谱，并假设所有阶模态阻尼为一定值，其放大系数也相应为一定值，以进行随机振动响应分析；选取管路结构上若干位置作为试验测点以模拟管路结构响应，得到所述试验测点的Z向加速度相应功率谱密度曲线，其中，Z向为管路端面内与两端面中心连线相垂直的方向。

4.一种如权利要求3所述的管路结构振动载荷分析方法，其特征在于，所述第3步具体包括：管路结构满足小阻尼结构特征，即其随机振动响应各峰值频率显著分离，峰值响应近似为单自由度系统的共振响应，对于功率谱密度曲线孤立峰值的均方根值通过相应幅值的白噪声激励相应的单自由度系统来计算。

5.一种如权利要求4所述的管路结构振动载荷分析方法，其特征在于，所述对于功率谱密度曲线孤立峰值的均方根值通过相应幅值的白噪声激励相应的单自由度系统来计算具体包括：

假设功率谱密度曲线孤立峰值频率为f_k，放大系数为Q_k，假定功率谱密度幅值最大值W_k与其等效白噪声幅值W₀的比例为α，则：

那么当时，该功率谱密度曲线孤立峰值区域的均方根值与利用幅值为W₀的白噪声激励单自由度系统产生的均方根值相等，所述单自由度系统的频率为f₀＝f_k，所述单自由度系统的放大系数为Q₀＝Q_k；因此，可进一步利用Miles公式来估算功率谱密度曲线孤立峰值的均方根值；

假定管路结构上的第j个测点x_j的加速度功率谱密度曲线为那么，如果第i阶模态频率为f_i，放大系数Q_i，其对应功率谱密度曲线峰值区域的加速度均方根为：

6.一种如权利要求5所述的管路结构振动载荷分析方法，其特征在于，所述第4步具体包括：

管路结构第i阶模态的均方根位移为：

式(3)中，φ_i(x)为管路结构第i阶最大值归一化后的模态振型，φ_i(x_j)为x_j测点的第i阶模态振型值；为x_j测点的第i阶模态所对应的响应均方根值，n为试验测点个数。

7.一种如权利要求6所述的管路结构振动载荷分析方法，其特征在于，所述第5步具体包括：

根据模态分析理论，对于第i阶模态，如果在管路结构上施加惯性力m(x_j)(2πf_i)²φ_i(x_j)，(j＝1,2,L,N)，其中N为结构有限元模型自由度个数，则相应的结构静态变形曲线为第i阶模态振型φ_i(x)，其中m(x_j)为x_j测点位置的集中质量；相应地，如果定义第i阶模态响应的均方根位移将第i阶模态振型φ_i(x)最大值归一化，那么，管路结构上施加惯性力则相应的静态变形曲线为第i阶模态响应的均方根位移因此，第i阶模态的均方根等效载荷可表示为：

对于管路结构随机振动响应，某一点的加速度功率谱密度P^a(f)，速度功率谱密度P^v(f)、位移功率谱密度P^u(f)之间的转换关系为：

由式(4)、(5)及(6)可得到管路结构模态均方根等效载荷的计算：

式(5)、(6)中的f为功率谱密度中的频率；式(7)中为第4步中获得的第i阶模态加速度均方根。