燃气发生器导管传递路径分析

1 引 言
    振动系统通常包括三个部分：振动源、振动传递路径及振动接受体。传递路径是指振动由振动源经由特定的媒介传递至接受体所经过的物理介质。一般来说，振动和噪声的传递路径可分为两大类：一类为经由空气传递，另一类为经由结构传递。实践表明，多数振动和噪声问题往往在系统级分析阶段才能发现，因此建立振动和噪声的传递系统预测模型具有重要的意义，但是清晰正确的阐明多维路径对传递振动和噪声的贡献量并不容易，通常在振动源、传递路径和接受体的交互作用的研究主要集中在实验方法和能量传递方法上。目前LMS Virtual.lab软件中Path Contribution Analysis路径和贡献量分析工具基于频响函数和模态，能够快速的对结构进行传递路径分析，并采用专门的后处理工具直观的显示分析结果，为振动和噪声传递路径分析提供了一种很好的途径。由此，本文利用该模块对燃气发生器导管进行传递路径分析，力求为试车故障分析和燃料进口弯管的改进设计提供理论依据。
2 基本原理
    传递路径分析方法的基本原理基于以下假设：来自不同路径的所有部分贡献量构成了结构的总响应

                       （1）

式中P_k为接受体处的总响应，P_ijk 为传递路径i在方向对接受体处总响应的部分贡献，其中：

                            （2）

式中H_ijk为传递路径上方向到接受体的频响函数，S_ij为传递路径上方向上的实际激励。  

3 燃气发生器导管传递路径分析
    燃气发生器导管的有限元模型如图1所示。

图1 燃气发生器燃料进口导管有限元模型

    该导管有限元模型在MSC Patran有限元软件中建立，由1200个壳单元组成，其中为模拟实际导管安装条件，在导管两端面圆心处分别定义了两个MPC节点（A、B点）来对端面施加约束或载荷。模型建立后导出为bdf格式文件，在Virtual.lab软件Noise &Vibration模块中进行基于频响函数的模态分析，然后在A、B点分别施加X、Y、Z三个方向的激励（幅值为1），求故障部位C点的加速度响应，最后进行传递路径分析，分析结果利用后处理工具中的彩条图表示，如图2－图4所示。
    图2为导管C点X方向响应的彩条图，从图中可见，在频率556HZ附近，C点响应大，图中清晰的显示出C点的响应主要由A点Y方向的激励和B点X方向的激励引起。
    图3为导管C点Y方向响应的彩条图，从图中可见，同样在频率556HZ附近，C点响应大，图中显示出C点的响应主要也由A点Y方向的激励和B点X方向的激励引起。另外从图中可见，在1188HZ附近，虽然A点Y方向的激励和B点X方向的激励分别在C点引起的响应较大，但是叠加后总的响应很小。
    图4为导管C点Z方向响应的彩条图，从图中可见，在频率220HZ、565HZ和1056HZ附近，C点响应均较大。其中在220HZ附近，C点的响应主要由A点Z方向的激励和B点X方向的激励引起；在565HZ附近，B点Y方向的激励对C点响应的贡献量最大；在1056HZ附近，A点Z方向的激励和B点Y方向的激励对C点响应的贡献量大。
   从图2－图4的对比可见，C点Z方向在220HZ和1056HZ附近、C点Y方向在556HZ附近响应较其它方向、其它频率要大得多，实际上，试车实测数据也显示在这三个频率附近发生器加速度响应存在突频。通过传递路径分析可知，220HZ附近的突频主要由A点Z方向的激励和B点X方向的激励引起；556HZ附近的突频主要由A点Y方向的激励和B点X方向的激励引起；1056HZ附近的突频主要由A点Z方向的激励和B点Y方向的激励引起。 
4 结论
    基于Virtual.lab的传递路径分析模块，本文对燃气发生器燃料进口导管进行了传递路径分析，可得到以下主要结论：
（1）燃气发生器燃料进口导管故障部位在220HZ、556HZ和1056HZ附近响应较大；
（2）导管A点Z方向和B点X方向的激励对故障部位响应的贡献量大。

图2 导管C处X方向响应

图3 导管C处Y方向响应

图4 导管C处Z方向响应

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