[发明专利]一种基于模态数频段划分的泵振动数值计算方法

说明书

本发明提供了一种基于模态数频段划分的泵振动数值计算方法，包括以下步骤：通过试验或计算得出结构泵的模态数N和模态数N对应的特征频率；根据得到的模态数N分别确定结构泵的在低频段、中频段和高频段的频率范围；分别建立低频段、中频段和高频段的声学模型，求解各频段振动；将各个频段的振动进行全频段耦合，得到结构泵的全频段振动。本发明用结构模态数N来定义频段范围，并对不同频段采用对应的计算方法耦合求解全频段振动。该方法的目的是为了针对不同泵的结构材料属性与结构，进而通过实验方法或者数值计算方法得出泵结构的模态数与其所对应的特征频率，从而通过模态数的多少来划分频段。

技术领域

本发明涉及泵振动分析领域，特别涉及一种基于模态数频段划分的泵振动数值计算方法。

背景技术

泵作为重要的能量转换装置和流体输送设备，广泛应用于国民经济的各部门，以及潜艇、舰船、航空航天等尖端技术领域。水泵产生的振动目前已成为工厂、泵站、潜艇、舰船和住宅小区等的主要影响源之一。泵振动不仅涉及水动力流体载荷、结构响应，还涉及结构与声腔的声振耦合，产生机理复杂且涉及频率范围宽，而目前对于泵全频段振动的精确模拟存在瓶颈，目前有限元法(Finite Element Method，FEM)和统计能量分析法(Statistical Energy Analysis，SEA)是预测离心泵流动诱导振动的重要方法。然而，FEM法计算过程中会因频率的不断增加和结构的复杂而导致计算时间变长和误差变大，故不适合中高频段的振动预测；其适用于系统受整体模态控制，组件之间表现出强耦合性的低频区，SEA法需要局部模态节点自由度之间的响应满足“非相关性”假设，故只适用于材料单一、模态密集的高频段振动预测。这时单一的有限元法、统计能量分析法都不能有效、准确、便捷的进行分析计算，这就引出的中频问题。但是目前大部分学者都是运用单一手段来求解泵全频段振动，这样使得对于泵的全频段振动的计算存在巨大的不精确性，所以针对不同频段采用不同计算方法从而耦合求解泵全频段振动是具有深远意义的。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于模态数频段划分的泵振动数值计算方法，采用结构模态数N来定义频段范围，并对不同频段采用对应的计算方法耦合求解全频段振动。该方法的目的是为了针对不同泵的结构材料属性与结构，进而通过实验方法或者数值计算方法得出泵结构的模态数与其所对应的特征频率，从而通过模态数的多少来划分频段。本发明能够针对结构泵有效的划分频段范围，且提高了全频段泵的振动数值计算的精确性，为泵降噪提供理论基础。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于模态数频段划分的泵振动数值计算方法，包括以下步骤：

通过试验或计算得出结构泵的模态数N和模态数N对应的特征频率；

根据得到的模态数N分别确定结构泵的在低频段、中频段和高频段的频率范围；

分别建立低频段、中频段和高频段的声学模型，求解各频段振动；

将各个频段的振动进行全频段耦合，得到结构泵的全频段振动。

进一步，通过计算得出结构泵的模态数N具体为：

N＝n(f)Δf

式中，n(f)为结构泵各部件的模态密度，Δf为结构泵的带宽。

进一步，确定结构泵的在低频段、中频段和高频段的频率范围，具体为：

当N＜＜1时，则结构泵处于低频段；

当1N＜＜6时，则结构泵处于中频段，

当N6时，则结构泵处于高频段。

进一步，建立低频段的声学模型求解低频段振动，具体为：