液压管路流固耦合振动机理及控制研究现状与发展.pdf

第 5 l 卷 第 1 8 期 2 0 1 5 年9 月 机械工程学报 J OURNAL OF MECHANI CAL ENGI NEERI NG Vb1 ． 51 S e p ． NO． 1 8 2 0 1 5 DoI 1 O． 39 01 ， JM E． 2 01 5． 1 8 ． 1 7 5 液压管路流固耦合振动机理及控制 研究现状与发展木 权凌霄 1 , 2 孔祥东 1 , 2 俞滨 白欢欢 f 1 ．燕山大学机械工程学院秦皇岛0 6 6 0 0 4 ； 2 ．燕 山大学先进制造成形技术及装备 国家地方联合工程研究中心 秦皇岛0 6 6 0 0 4 摘要液压管路系统由于存在多物理场、多尺度及流固耦合非线性等特性，因此其振动特性复杂，且危害很大。又由于工业 生产的需求，液压系统正逐步向高压高速和高功重比方向发展，又使得液压管路振动的产生和传播机理变得更为复杂。因此 有必要对液压管路的振动机理和控制方法及其研究现状进行总结和分析。阐述液压管路振动的危害性和复杂性，并结合近十 年来国内外专家学者对于液压管路振动模型的研究内容，在对考虑多场、多尺度及流固耦合因素影响的液压管路振动机理进 行总结的基础上，对液压管路流固耦合线性化动力学模型和非线性振动模型的研究成果进行分析，并对液压管路被动 主动 及半主动振动控制的研究进展及研究成果进行评述， 在此基础上提出今后液压管路系统流固耦合振动机理及振动控制研究的 发展趋势。 关键词液压管路振动；流固耦合；振动控制；流量脉动 中图分类号T H1 3 7 Re s e a r c h S t a t us a n d Tr e n ds o n Fl u i d s t r u c t ur e I nt e r a c t i o n Vi br a t i o n M e c ha n i s m a nd Co n t r o l o f Hy dr a u l i c Pi pe l i n e QUA N L i n g x i a o ， KO NG Xi a n g d o n g ， Y U B i n B AI Hu a n h u a n 1 ． C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ， Y a n s h a n U n i v e r s i t y , Qi n h u a n g d a o 0 6 6 0 0 4 ； 2 ． En g i n e e ri n g Re s e a r c h Ce n t e r o f Ad v an c e d F o r g i n g S t a mp i n g T e c h n o l o g y a n d S c i e n c e Bu i l t b y Ce n t r a l - Go v e r n me n t and L o c a l G o v e r n me n t ， Y a n s h an U n i v e r s i ty, Qi n h u ang d a o 0 6 6 0 0 4 Ab s t r a c t B e c a u s e o f t h e e f f e c t s o f mu l t i ． p h y s i c s ， mu l t i ． s c a l e a n d fl u i d - s t r u c t u r e i n t e r a c t i o n F S I ， the v i b r a ti o n c h a r a c t e r i s t i c s o f the h y d r a u l i c P i p e l i n e s y s t e m i s n o t o n l y c o mp l e x ， b u t a l s o h a r mf u 1 ． Du e t o the d e mand o f the i n d u s t r i a l p r o d u c t i o n ， t h e h y d r a u l i c s y s t e m i s g r a d u a l l y t o d e v e l o p i n the d i r e c ti o n o f h i g h p r e s s u r e ，h i g h s p e e d an d h i g h p o we r r a t i o ，wh i c h ma k e s the p r o d u c t i o n a n d p r o p a g a t i o n me c h a n i s m o f h y dra u l i c p i p e l i n e v i b r a t i o n b e c o me mo r e c o mp l e x．S o i t i s n e c e s s a r y t o s u mma r y an d a n a l y z e the r e s e a r c h s t a t u s o f the v i b r a t i o n me c h an i s m and c o n t r o l me tho d o f h y dra u l i c p i p e l i n e ．Ha r mf u l n e s s a n d c o mp l e x i t y o f h y dra u l i c p i p e l ine v i b r a t i o n a r e e x p o u n d e d ．Co mb ine d wi t h the r e s e a r c h o n h y dra u l i c P i D e l i n e v i b r a t i o n a n d d y n a mi c mo d e l wh i c h the d o me s t i c an d a b r o a d e x p e r t s a r e c o mmi t t e d t o i n l a s t t e n y e a r s ，h y dra u l i c P i p i n g v i b r a t i o n me c h an i s m，i n wh i c h e ffe c t s o f mu l t i - p h y s i c s ， mu l ti - s c a l e and F S I i s t a k e n i n t o a c c o u n t , i S s u mma r i z e d ． On thi s b a s i s ． s o me r e s e a r c h s u c h a s h y dra u l i c p i p e l i n e o f F S I l ine ar d y n am i c mo d e l an d n o n l i n e ar v i b r a t i o n mo d e l are a n aly z e d ．t o o ．Re s e arc h o n v i b r a t i o n c o n t r o l me tho d o f h y dra u l i c p i pe l i n e i s a l s o a n a l y z e d ，s u c h a s a c t i v e v i b r a t i o n c o n tro l ，p a s s i v e v i b r a t i o n c o n tr o l an d s e mi ． a c t i v e v i b r a t i o n c o n tr o 1 ．T h e d e v e l o p me n t t e n d e n c y o f F S I v i b r a t i o n me c h an i s m an d c o n tro l o f h y d r a u l i c p i p e l i n e a r e p r o p o s e d ． Ke y wo r d s h y dra u l i c p i p e l i n e v i b r a t i o n ； fl u i d ． s o l i d i n t e r a c t i o n v i b r a t i o n c o n t r o l ；f l o w fl u c tua t i o n 0 前言 液压系统在 民用工业、航空、军事等领域应用 广泛 ，液压管路系统是其主要 的功率传输途径，是 ’国家重点基础研究发展计划 9 7 3计划，2 0 1 4 C B 0 4 6 4 0 5 、国家 自然科 学基金 5 l 3 7 5 4 2 3 和河 北省重 点基础 研究 1 2 9 6 2 1 4 7 D 资助 项 目。 2 0 1 4 0 9 0 9收到初稿，2 0 1 5 0 3 1 8收到修改稿 液压系统的 “ 血管” 。 但是，由于液压管路系统存在 的多物理场、多尺度 以及流固耦合非线性【 l 等特性， 因此导致其振动特性非常复杂，而且危害巨大。随 着各种工业设备对系统可靠性及寿命要求的不断提 高，以及液压系统逐步向高压、高速和高功重比方 向发展，使得液压管路 的振动产 生、传播机理更为 复杂 ；同时，由于液压管路振动的复杂性，对振动 噪声数据的检测及其控制也提出了新的要求 ， 因此， 该方面的研究显得非常重要 J 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 7 6 机械工程学报 第 5 l 卷第 1 8期 1 液压管路振动的危害性 执行机构的机械振动 ，液压泵的流量脉动 以及 阀类元件 的频繁动作都会在液压管路系统中形成强 烈振动。同时，由于工业技术对液压系统功重 比要 求不断提高，使得系统压力不断增大，大幅度增强 了液压管路振动的破坏性和故障发生率。液压管路 故障以疲劳损伤和谐振失稳为主，其主要表现形式 包括接头松动破裂、管体疲劳损伤 、支架松动 、管 卡断裂、密封失效等。 ‘ 在航空航天 、船舶、舰艇及普通工业领域 ，液 压管路耦合振动造成 的危害是显而易见的。比如， 中国民航总局 1 9 8 9 --2 0 0 9年统计数据显示， 飞机元 件类故障中，管路方面的故障占 5 0 ％。近几年，国 内外也均发生过 由于管路振动引起的飞机故障或事 故l引 ，2 0 1 3年 3月 2 1日，美国媒体 连线杂志 报道，我 国舰载战机歼一 1 5试飞过程 曾出现前起落 架无法打开的故障 ，经分析 ，故障根源是液压管路 振动导致的管接头泄漏 。潜艇液压系统振动传递到 艇体结构上会显著影响其低噪声性能 J 。轧机 液压 管路振动也会造成管接头、蓄能器等环节故障，甚 至会与机架谐振，导致更严重 的事故发生p J 。 2 液压管路振动的复杂性 导致 液压管路振动 复杂的根源之一是液 压泵 的复杂振动。首先，液压泵受其结构影响，必然会 产生复杂的宽频流量和压力脉动，二者相互影响， 在管路中形成多种耦合相互作用的流量脉动 。 其次， 液压泵内产生的气穴气蚀会在系统中形成瞬时高频 脉冲振动 ，受流固耦合作用影响，进而衍生为宽频 域、随机性强的振动波。第三，液压泵工作过程中， 转子系统中各机械组件相互作用激发复杂的机械振 动， 激励泵 内流体 ， 进而形成复杂的流固耦合振动 。 导致液压 管路振动复杂 的根源之二是液压 系 统 中元件及介质 的耦合作用 。首先，系统中的液压 阀、液压缸 、蓄能器 、过滤器、管路等元件具有液 阻、液容及液感特性，会在系统中产生强烈的非线 性作用，相互耦合后进一步导致振动更为复杂；第 二，执行机构驱动机械设备运动受到其反向作用 ， 安装连接部分受到基础或减振支架 的作用，均会将 机械振动 以强迫激励的形式作用到液压管路及管内 流体中，其与管路振动耦合后 ，特性更为复杂 。 导致液 压管路振动复杂 的根 源之三是液压管 路中存在复杂耦合和演化作用。首先 ，管路振动往 往受到摩擦耦合、泊松耦合 、结合部耦合、B o u r d o n 耦合等的综合作用，机理极为复杂；第二，液压管 路管壁 振动和 内部流体脉动都 以振 动波的形式传 递，其产生的固有振动和回冲振动 ，会形成驻波效 应，导致其演化规律难 以探索；第三 ，大部分液压 管路的空 间构型和管网拓扑结构复杂，导致在管路 中产生复杂的三维湍流流动 ，由于湍流模型较为复 杂，因此 由此而引起的振动机理仍是个世界难题 。 随着液压系统向高速 、高压、高功重 比方 向发 展，管路振动频率及幅值呈大幅增长，导致其谐振 失稳机理更加难 以分析和预测 。 液压管路振动模型研究现状 自 1 9 9 3年至 2 0 0 4年 以来，大约每隔五年会有 一 篇代表性文章对液压管路流固耦合振动方面的研 究工作进行评述 。1 9 9 3年 ，加拿大 P A I DO US S I S 等L 6 J ，1 9 9 8年，华 中科技大学黄玉盈等 J ， 2 0 0 0年 ， 哈尔滨工业大学张立翔等 J ，2 0 0 4 年，同济大学徐 鉴等 分别评述了管路动力学、管路线性及非线性 振动、流固耦合数学建模发展历程、适用范围方面 的研究成果。 3 ． 1 流固耦合线性化动力学模型的成果总结 现 代 管路 流 固耦 合 动 力 学模 型 基 本 都是 在 J o u k o ws k y经典水锤理论和 S k a l a k扩展水锤理论基 础上发展而来的。已经开展 的流固耦合管路线性化 动力学模型研究考虑 了管路本身和管 内流体的动力 学特性， 代表性成果包括 4方程模型、 6方程模型、 8方程模型和 1 4方程模型 。 图 1所示为流 固耦合管 路流体及管路受力矢量图，该 图很好地描述了管路 和流体的力学行为及流固耦合动力学特 性。 a 流体单元受力分析 箬 b 管路单元所受的力与弯矩分析 图 1 流固耦合管路流体及管路受力矢量图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年 9月 权凌霄等液压管路流固耦合振动机理及控制研究现状与发展 1 7 7 图中，P为流体介质压力；聊 为单位管长 内的 流体质量； 为轴向外载； 为管路内流体 的横截 面积 ；M 为管路所受弯矩； 为管路所受拉力 ；Q 为横 向剪切力； 为单位管长 的管路质量 ；C为灌 流的黏性 阻尼系数；W 为管路的横向位移； 为沿 管路轴线 的位移变化量 。 3 ． i ． 1 液压管路 4方程模型 液压管路 4方程模型又分为轴 向 4方程模型和 横 向4方程模型。 轴 向4方程模型如式 1 ～ 4 所示 ， 该模型将扩展水锤理论与管壁轴 向应力波模型结 合，重点研究流体与管路轴向动力学关系。该模型 忽略了管路径向惯性力影响，离心力、哥氏力对轴 向运动的影响，轴 向与横 向运动的耦合作用。 流体运动方程 O t 去 P Oz 。 1 ， ＼ ， 流体连续方程 2R I OP 一 警 0一 l 一 一 f2、 az l K ， E af 、 管路运动方程 丝 O t一去 P 堕 O z ． 0 3 h J 管路几何物理方程 堕 一 堕 0 f 4 1 0 z E t E t 、‘ 式中，E 为管路材料弹性模量； 为管路材料泊松 比； 和 分别为管路和流体的密度；R为管路半 径； 为管路壁厚； 为流体的体积模量； 卜 分别 为流体的横截面积和 流体在截面 内的平 均速 度 ；t 为时间项 ； 、 分别为截面 z处轴 向运动 速度和轴 向平均应力 。 横向4 方程模型如式 5 ～ 8 所示[9 ] ， 主要用于 研究管路 内流体和管路横 向动力学之间的关系。 横 向运动方程 警 。 5 轴 向运动方程 一 一 警 。 6 轴向应力． 速度方程 警 o 7 环向物理方程 8 z 杀 G 望 O t 。 8 2 1 上／ p 式中，A p为管路横截面积 ； 为管路 的惯性矩 ；G 为管路的切变模量； 为沿 方向的横向剪切力； 为管路横截面沿 方向的扭转量 为管路横截 向沿 X方 向的扭转 运度 。 3 ． 1 ． 2 液压管路 6 方程模型 液压管路 6方程模型是在轴 向 4方程模型基础 上研究得到的，考虑管路径 向惯性力和流体附加质 量的影响 】 ，因此，该模型增加 了管路径 向变形力 和径向连续性两个方程 ，如式 9 、式 1 0 所示。 管道径 向变形力方程 p , 6 l p ] 鲁 妄 一。 管道径 向连续性方程 1 - ． 一 嗉～ 警 。 式中， ， 为管路径向速度； 为管路横截面处的 周向平均应力。 3 ． 1 ． 3 液压管路 8 方程模型 液压管路 8方程模型如式 1 1 ～ 1 8 所示 。 该模 型修正 了 T i mo s h e n k o梁理论， 考虑了流体 的可压缩 性，忽略了低速流动时流体空化流动的影 响，重点 研究弯 曲管路内耦合振动波的一维波动特性 m ] 。 1 ， 一一W 8 u 一．I , t R p 0 1 1 EAp R o s 6E 去 Q ～ 警 m 12 一 0 1 3 詈 E Ot a～ R Os I 后 J l l J l 2 丝 O s 1 0 1 4 、 引入质量密度后，其方程也有 4个 ，分别为 1 Q 一 詈 。 1 5 一 去 鲁 一 警 。 6 0 1 1 4Q- p p 0 1 7 詈 O t 。 18 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 7 8 机械工程学报 第 5 1 卷第 1 8期 式 1 2 ～ 1 7 合 起 来 称 为 沿 径 向振 动 方程 ，式 1 1 、 1 4 、 1 5 及式 1 8 合起来称为轴 向振动方程 ， 也称为沿管道方 向的一维微分方程 。其中， 为管 路横截面的面积 ； 为管路的剪切修正系数； 为 管路横截面 的扭转量； 为管路横截面 的扭转速度 ； U为管路的周向位移；U为管道振动位移；M 为管 路所受弯矩 ， P为流体的压力； s为沿管路中心线的 坐标 。 3 ． 1 ．4 液压管路 l 4 方程模型 液压管路 1 4方程模型如式 1 9 4 3 2 所示，该 模型忽略了径 向惯性力的影响，考虑 了管路与流体 的轴 向压缩波动特性和管路的扭转振动外，并用经 典梁方程描述管路的弯 曲振动，该模型给出了液压 管路轴 向、横 向及扭转振动的动力学特性㈤ 。 管路扭转方程 鲁 。 1 9 1 9 O m 鲁 。 2 0 2 0 ’ 平面管路弯 曲运动方程 0 o z Ot 2 1 } 2 1 U 罢 击E 1 堕 O t 。 2 2 a z 詈 0 2 3 警一 鲁 。 2 4 平 面管 路弯 曲运 动方 程 警 击警 。 。 堕 o O z EI p O t 监 O z p , A 、 a a 堕 t 。 ，， 鲁 。 管路轴 向运动方程 Oz 娑 Ot 0 』 ● 一t- O z 。 一 口， U df 丝 击丝 ／a R 2 R - fi aPaz E A O t 。 3 1 E 6 2 R 6 8t ＼ j l 薏 篆 警 。 3 2 l 面 j l 商 - 。 3 2 式中，J为管路截面极惯性矩； 为管路截面惯性 矩；， ， 为流体截面惯性矩，且满足， ， ／ 4 ； f x 、 和 为管路沿 、Y和 z方向的管壁内力，m x 、m y 和 m 为管路绕 、 Y和z 坐标轴的弯矩， 、 和 分别为管路沿 、 Y和 z方向的运动速度 ， 、 和 分别为管路绕 、Y和 z 方 向的转动速度 。 液压管路 1 4方程模型是 目前最为完善的管路 流 固耦合线性动力学模型。 3 ． 2 流固耦合线性化动力学模型的新成果 3 ． 2 ． 1 单根弯 曲液压管路 1 4方程模型 2 0 1 1 年 ，哈 尔 滨 工 业 大 学 李 艳 华 L 1 参 考 T E NE R AL L I 的建模思想 ，以管路 1 4方程模型为基 础，忽略摩擦耦合，考虑泊松耦合 ，建立 了以管内 流体压力、管壁受力、管路和流体的振速为变量的 1 4个一阶时域偏微分方程，如式 3 3 - - - 4 6 所示。 轴 向流固耦合运动方程 0 3 3 ， u 【 j j J ‘ 云 等 一 。 ] 筹 击 警 。 c3 4 a s 十 A , - -g- i n 0 3 5 警 毒 v R R - 2 6 aP 一 1R w 。 3 6 a s E A p a t E 6 R 、_ 6乇 t 警 盟O t 0 3 7 O s Y击k G A 监O t 。 3 8 、～ ， w， 鲁 一 去 。3 9 鲁一 去 ㈤ y - z平面的振动方程 誓一 1 一 P 。 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5 年 9月 权凌霄等液压管路流固耦合振动机理及控制研究现状与发展 1 7 9 一 1 k GAp O t 8 s ’ R w 警一 盟O t 。 堡 r ll ， 一 O mx O s O t 2 O t0 j l z 扭转振动 4 2 4 3 4 4 警 G J 丝 O t 。 4 5 足 ．． 、 鲁 1 0 4 6 K R-A ． 、 -g “ 式中 R 0 ．5 8 ； R0 ． 5 6 口管道平面与水平面夹角； k剪切分布系数 ； 截面极惯性矩； R 弯 曲半径 3 弯 曲因子 。 模型 中引入 了压力上升系数 o ，考虑 了弯管 Bo u r d o n耦合对管路振动的影响，与系数 y l 1 和 y 1 2 有关 。当 心 一时，该模型即可适用于直管。 3 ． 2 ． 2 考虑流体微尺度效应 的液压管路模型 碳纳米流体管路是比较新型的一种流体管路， 其优点是导热性好、管路内壁光滑 、管路 内部压损 小，因此 ，近年来，其振动研究也逐步受到重视。 2 0 1 2年 ，伊 朗的 R AS HI D I 等 针对一种纳米 流体管路展开振动研究，建模时考虑了流体微尺度 效应，得到管路流固耦合动力学模型如式 4 7 所示， 并研究了流体发散失稳机理及流动变化规律 。结果 表 明，只要介质为流体，管 内流体的黏性效应不明 显 ；当考虑流体滑移边界效应时， 如果介质 为气体， 其发散失稳及流动状态变化非常明显 ，但如果介质 为液体，临界速度无明显变化。 [ V c F 咧 ⋯， 4 ] 2 m f V C F 如 m p m r 一 4 ] 一 4 V c F K w 0 ㈤ 式中，VC F为包括纳流理论的平均速度校正因子； 喈 ， 一咖 为无滑移边界条件的平均流速 ； 为体积 黏度； 为温克勒地基模量；，为预张力； p ’ 为内 部压力 。 2 0 1 3年 ，伊朗的 MI R RA ME Z A NI 等【 I J 重新评 价 了考虑流体黏性的纳米流体管路动力学方程，得 到 一维碳 纳米管路 流 固耦 合振动模 型如式 4 8 所 示 。研究指 出，颤振失稳发生的流体临界平均速度 相较于栓塞流及经典连续介质理论预测的临界速度 较高。 f 2 嘶 嘶 ] ，． ] _ 04 8 当忽略流体的黏性，则式 4 8 为 彤 ， x a2w 2 7 V 02W - ， 南 增 害 m p m f ， 南 南 l_ 0 式 中 等 ] ； 切 向动量协调系数 ，通常设为 O ． 7 ； K n 克努森数； 横截面上的平均速度 ； ，． 碳纳米管 C a r b o n n a n o t u b e ，C N T 壁 面上 的流体速度； 4 内部流体横截面面积。 研究结果表 明，碳纳米管的研究成果在长径比 较大的管路也有很好 的适用性 。 3 ． 3 非线性振动模型及其他方面新成果 液压流固耦合管路的非线性因素包括 ① 流 体流动动力学非线性 ； ② 高压状态下管路弹塑性大 变形导致的几何非线性； ③ 管路支撑参数慢变引起 的非线性； ④ 系统中上游动力元件及下游阻性元件 之间的强耦合非线性。 迄今为止，较为前沿的液压管路非线性振动机 理研究包括两相流固耦合多 自由度非线性管路数 学模型，低压状态下的管路振动分析，流固耦合管 路非线性失稳机理，管路介质振动波理论。 2 0 0 7 年 ，美 国的 K AR AG I O Z I S 等 【 l 5 J 利 用 Do n n e U扁壳非线性方程和线性流 固耦合模型， 对 圆 柱薄壳内不可压缩流非线性稳定性进行研究，探讨 了长径 比和厚径 比对管路稳定性的影响 。2 0 0 9年， 美国的 A MA B I L I 等【 l b J 考虑管路几何缺陷，针对输 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 0 机械工程学报 第 5 1 卷第 l 8期 流 圆柱 薄壳的非线性稳定 问题进 行 了研究 。2 0 1 0 年 ，加拿大的 R I NAL D I等【 J 研究了微尺度管路 内 部载流 的动力学特性。2 0 1 1 年 ，沈阳航空工业学院 的金基铎等 研究 了轴 向流中两端支承圆柱体 的 动态特性 ，对 Mo d a r r e s S a d e g h i 等建立的非线性运 动微分方程进行简化，得到细长 圆柱管 比较简单的 非线性模型，并对其稳定性、屈曲、颤振等失稳现 象进行分析。2 0 1 3年 ，日本的 J E O NG等【 J 研究了 充水碳纤维强化细塑料管的弹性各 向异性对流固耦 合 的影响 ，考虑了管材各向异性 的应力． 应变关系， 分析了管路轴 向及环向的波速及应变 ，结果表 明， 当管 内流体受到冲击载荷作用，会产 生初波和前驱 波，其传播速率明显不同。 4 液压管路振动控制的研究现状 振动控制分为被动控制、主动控制、半主动控 制及混合控制。液压管路振动控制是通过设计优 良 的振动控制器及算法实现对振动传递路径的合理控 制和振动能量的有效耗散 ⋯，主要研究内容包括振 动传递路径、工作参数优化设计及控制策略实现。 4 ． 1 被动振动控制 被动振动控制是通过减小振动力幅值，改变干 扰力频率与管路固有频率之 比，增加结构阻尼等途 径 以减小振动强度、避开谐振点、吸收振动能。 优点是减振机理明确、不需要外部能量输入 、 结构简单、造价低廉、易于实现 、可靠性高；缺点 是振动控制器参数不可变，控制的频率范围不具有 自适应性 ，控制效果有限。蓄能器 、管路支架、减 振喉等都是较为常见的被动振动控制器 。 2 0 0 7年，印度的 B A KR E等L Z 建立 了管路支撑 的非线性摩擦模型，并以地震载荷为激励，研究摩 擦支撑在不 同振动频率下的控制效果。2 0 1 1 年 ，北 京航空航天大学的李鑫等 副 基于系统特征阻抗法， 建立航空发动机管路及卡箍的振动数学模型，并通 过粒子群优化算法优化卡箍布局 ，在一定范围内调 整卡箍位置 ，将激振源频率点处的特征阻抗加权和 降到最低，取得了较好的控制效果 。2 0 1 1 年，浙江 大学的任意L2 通过试验验证了理论和模拟计算，得 出了多个调谐质量阻尼器并列排布的控制效果优于 单个或多重调谐质量阻尼器。2 0 1 2年 ，西北工业大 学的刘伟等【2 采用有 限元法结合离散抽样法，分析 了结构参数对复杂管路系统基频和 随机振动的灵敏 度，结果表 明卡箍间距变化 比其他参数的影响更为 明显 。 近年来 ，声子晶体作为一种新型被动振动控制 技术，逐步在很多大型结构 以及液压系统振动控制 方面得到广泛研究和应用。 4 ． 2 主动振动控制 主动振动控制通 过检测结构反应和外 界干扰 信息，得出振动规律，然后 由作动器输 出反向振动 波或控制力完成对振动 的直接抑制，其工作需要外 部能源输入以提供控制力。主动振动控制系统主要 包括传感器、控制器和作动器。 优点是主动适应性强，反应迅速，控制过程更 为直接有效，因此 ，在结构振动控制领域取得了很 多突破 。相应的动控制算法包括极点配置控制、独 立模态控制、瞬时优化控制 、界限状态控制、预测 实时控制、 自校正控制、模型参考 自适应控制、模 糊状态控制和神经网络控制等L 2 。 近几年 ，液压管路主动振动控制研究也取得了 一 些代表性成果。2 0 0 2年 ，北京航空航天大学的焦 宗夏等[ 2 6 1 采用压 电陶瓷 比例节流 阀对 飞机液压 管 路进行消振 ，运用 自适应参数寻优策略控制节流孑 L 大小，在变转速和变负载情况下均取得最佳消振效 果 。 2 0 0 5年，沈阳航空工业学院的张锴锋等 采用 压 电片作为作动器，对两端固支液压管路在脉动流 作用下的参数共振进行最优控制 ，在第一、第二振 型次谐波共振区域及组合共振区域，取得了很好的 控制效果。2 0 0 7年，北京航空航天大学的欧阳平超 等L 2 驯 针对飞机液压管路 中的周期性流量脉动 ，提 出 了沿管路布 置多个消振 阀和传感器的分布式主动振 动控制方法，并采用 自适应前馈控制和多通道 自适 应滤波算法，使消振器产生的次级脉动与管路的初 始脉动相互抵消， 结果表明消振量可达 1 0 d B以上。 2 0 0 9年 ， 重庆工商大学的陈彬等L 2 采用主动振动控 制对化工管路系统中换向阀启闭动作造成的水击振 动进行研究，运用非线性规划算法，获得 了换 向阀 启闭优化规律 曲线，使管路末端的水击压力衰减率 达到 1 3 ． 0 4 ％。 4 ． 3 半主动振动控制 半主动振动控制 是通过 实时调整振动控 制器 的刚度或阻尼 ，实现 宽频饭为内振动能的瞬时存储 和耗散。工作过程中，不需要外部能源输入 。半主 动 振 动 控 制 可 以分 为 主 动 变 刚 度 控 制 Ac t i v e v a r i a b l e s ti ff n e s s ，A VS 、主动变 阻 尼控制 Ac t i v e v a r i a b l e d a mp e r s ，A V D 、 主动 变 刚 度 阻 尼 控 制 Ac t i v e v a r i a b l e s t i ff n e s s a n d d a mp e r s ， A VS D 等 。 半主动振动控制 既具有被 动振动控制 的可靠 性 ，又具有主动振动控制的强适应性 。 2 0 0 1 年 ， 北京理工大学的胡海岩院士等p 综述 了振动半主动振动控制技术的新进步，介绍 了可控 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年 9月 权凌霄等液压管路流固耦合振动机理及控制研究现状与发展 l 8 1 减振环节、控制策略等方面的发展，给出了一些 已 获得试验支持的结果，并指出了该领域今后值得关 注的一些问题 。2 0 0 5年，笔者及所在 团队研制了参 数 自适应型蓄能器 ，其气腔参数、磁流变液阻尼、 进油 口阻尼均可根据系统工况在线调整，具有更广 泛 的频率适应范 围和 更强消除冲击和 吸收脉动能 力，对工况变化的适配性强【 j 。2 0 1 0年 ，哈尔滨工 程大学 的高林 等 2 J 针对水 管路 中噪声频率的复杂 变化，设计 了一种半主动可调频的水管路脉动压力 消声器 ，取得较好 的消声和调频效果 。 4 ． 4 混合振动控制 混合振动控制 结合 了上述 三种振动控制 的优 点，具有更为优 良的控制效果，因此逐渐成为振动 控制的研究热点。 2 0 0 3年， 西安交通大学的潘颖等【 j 刮 采用被动基 础隔振和主动振动控制相结合 的方法 ，对地震激励 下高层建筑进入塑性阶段后的结构非线性振动进行 控制，取得了很好的效果。2 0 0 7年，中国台湾的 L I N[ 3 4 j 研 究了一种主一 被动混合的压电控制器，具有 较好的 自适应振动控制效果。 5 结论 液压管路振动机理研究虽 已开展较多，但仍没 有形成普遍适用 的液压管路振动设计标准，而有关 振动控制的研究也具有 明显 的针对性和局限性 。因 此，未来一段时间内，还有很多研究工作要做 。 1 液压管路非线性振动强耦合机理还需要深 入研究。比如管路中流固耦合力学作用机理 ，以及 流体力学与材料力学综合方程的双向耦合求解；管 路中三维湍流脉动对液压管路振动的作用规律；液 压系统阻性 、容性 以及感性特性对系统级振动的作 用规律 ；液压系统振动与机械设备振动之 间的耦合 作用机理；高压、高速和高响应工作状况下，液压 管路的振动 响应及谐振失稳机制 。 2 液压管路振动数据的外在表征及准确测量 方法有待深入研究。比如液压管路振动与噪声之间 的作用关系 ；振动数据的多点传感检测 ；噪声数据 的准确测量及分析方法 ；多点振动及噪声数据检测 网络体系及智能融合算法。 3 液压管路主动、半主动、被动振动控制及 混合振动控制方法及技术仍未成熟，针对一些典型 复杂工况 、空间构型的混合振动控制体系有待深入 开展 。综合考虑四种振动控制方法的优缺点，结合 实际液压管路系统 ，展开深入研究，形成有效的液 压管路振动控制标准。 参考文献 [ 1 】梁峰，