一种管道支撑的金属橡胶减振器的设计方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及一种减振器，尤其设及管道支撑的金属橡胶减振器的设计方法。
【背景技术】：
[0002] 目前普通减振器所用普通减振材料无法在高温、低温和腐蚀气氛、福照等恶劣苛 刻的工作环境下长期服役，在恶劣环境下材料脆化，硬化，腐蚀后材料性能骤降甚至失效等 不仅影响减振效果，甚至影响人员工作设备安全。另一方面，现有的一般管道减振器设计多 为圆环形状，形状尺寸大，制作成本高，不易装配，拆卸维修困难，同时减振效果不理想，减 振材料的整体化设计没有考虑到管道对减振器压力的不均匀性，为满足最大载荷，通常整 体选择较大刚度材料，从而导致减振性能的不足。
【发明内容】
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[0003] 为了克服现有普通的减振器无法在高温、低温和腐蚀气氛、福照等恶劣苛刻的工 作环境下长期服役，且减振效果不理想的缺陷，提供一种耐高温、耐低温、大阻巧特性不随 温度而改变，耐腐蚀、抗福照，苛刻环境中寿命长，稳定性高的具有优良减振性能的金属橡 胶减振器的设计方法。
[0004] 本发明通过如下技术方案予W实现；减振块、管卡和管路；减振块是一种均匀的 多孔物质，由螺旋的金属细丝编制压制而成，其内部金属丝之间相互勾联、嵌合，呈空间网 状结构，多种不同密度的近长方体状的减振块按一定原则镶嵌于管卡中的多个限位板之 间。减振块是一种兼具金属与橡胶双重特性的优秀减振材料，其可W和橡胶一样能承受交 变应力而不易出现疲劳，同时损耗大量能量，本发明固定在管路的外表面，使得管路的振动 大幅降低。减振块又是W金属为原料制造，使得本发明在极为苛刻的环境中展现较高的振 动吸收性能，耐腐蚀、耐福照、耐高温、耐低温、寿命长、稳定性好等优点。
[0005] 为了使得减振器的减振性能尽可能的发挥，本发明通过如下技术方案予W实现： 沿管路周向的不同位置的减振块采用不同的成型密度，利用金属橡胶成型密度越小，支撑 刚度越小，减振性能越好的基本规律，在压力较大处采用成型密度较大的金属橡胶减振块 W提高支撑刚度，在压力较小处采用成型密度较小的金属橡胶减振块W提高减振性能，从 而在保证整个减振器安全服役的情况下实现更为理想的减振效果。本发明考虑了管道自重 对于管道下表面的减振块的压力分布随着位置的不同差别很大该一特点，运用数值仿真与 相关金属橡胶力学模型进行设计，具体设计方法如下：
[0006] 步骤一：在模拟软件中建立减振器-管道模型和金属橡胶材料模型，获得管道下 表面与减振器下半部分金属橡胶材料接触面间的压力分布（如图4所示）；提取压力接触 面上节点的表面压强，结合该点所处角度，拟合出表面压强与角度关系式：
[0007]P=x〇巧J日I+X2I日 |2巧si0r，
[0008] 其中，式中P为金属橡胶与管道接触面间压强；0为接触点所处角度，0的取值范 围为±90。，I0I为接触点所处角度绝对值；Xe、Xi、X2、X3为压强P与角度0拟合系数；
[0009] 步骤二；确定减振器中布置金属橡胶块数：
[0010] 2. 1)W减振器下半部顶点处放置金属橡胶块，定义为第0块，其余金属橡胶块依 次沿两侧排布，排布序号为±i，i的取值为1《i《（n-l)/2,i为整数，n为金属橡胶块 数，且n>3，n为奇数，
[0011]2.2)分别计算每一块金属橡胶块所占角度A0，= 式中n为金属橡胶块 数，n> 3,n为奇数，
[0012] 2.3)通过W下公式确定第0块金属橡胶块角度在管道中所占范围为：
【主权项】
1. 一种管道支撑的金属橡胶减振器的设计方法，其特征在于，该方法沿管路（6)周向 的不同位置的减振块（1)采用不同的成型密度，利用金属橡胶成型密度越小，支撑刚度越 小，减振性能越好的基本规律，在压力较大处采用成型密度较大的金属橡胶减振块以提高 支撑刚度，在压力较小处采用成型密度较小的金属橡胶减振块以提高减振性能，从而在保 证整个减振器安全服役的情况下实现更为理想的减振效果。本发明考虑了管道自重对于管 道下表面的减振块的压力分布随着位置的不同差别很大这一特点，运用数值仿真与相关金 属橡胶力学模型进行设计。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤： 步骤一：在模拟软件中建立减振器-管道模型和金属橡胶材料模型，获得管道下表面 与减振器下半部分金属橡胶材料接触面间的压力分布；提取压力接触面上节点的表面压 强，结合该点所处角度，拟合出表面压强与角度关系式： P = Wl θ |+Χ2| Θ |2+χ3| θ I3， 其中，式中P为金属橡胶与管道接触面间压强；Θ为接触点所处角度，Θ的取值范围为 ±90°，I θ I为接触点所处角度绝对值；Xi、X2、X3为压强P与角度θ拟合系数； 步骤二：确定减振器中布置金属橡胶块数：
2.1)以减振器下半部顶点处放置金属橡胶块，定义为第0块，其余金属橡胶块依次沿 两侧排布，排布序号为土i，i的取值为I < i < (n-l)/2, i为整数，η为金属橡胶块数，且 η彡3, η为奇数， 2. 2)分别计算每一块金属橡胶块所占角度Λ Θ 式中η为金属橡胶块数， ， η彡3, η为奇数， 2. 3)通过以下公式确定第0块金属橡胶块角度在管道中所占范围为：
2.4)通过以下公式确定按照序号排布的每块金属橡胶块在管道中角度范围为：
2. 5)根据以下公式求出每一块金属橡胶块与管道接触面积S :
式中：Λ Θ为每一块金属橡胶块所占角度，r为金属管的半径，1为金属橡胶块沿管道 轴向厚度； 2.6)第0块金属橡胶块与管道接触表面正压力为pPe :
其中，式中P为金属橡胶与管道接触面间压强；Θ为接触点所处角度，S为金属橡胶块 与管道接触面积，η为金属橡胶块数，η多3, η为奇数， 2. 7)按照序号排布的每块金属橡胶块与管道接触表面正压力为FPS :
其中，式中P为金属橡胶与管道接触面间压强；Θ为接触点所处角度，S为金属橡胶块 与管道接触面积，η为金属橡胶块数，η多3, η为奇数， 2. 8)计算管道的振动加速度a，a = 2 π f2A， 式中，f为管道振动频率，A为管道振动振幅； 2. 9)根据以下公式求出分别按照序号排布的每块金属橡胶块最大压力Fimax:
1彡i彡（n-l)/2, i为整数， 其中，pPi为按照序号排布的每块金属橡胶块与管道接触表面正压力，a为管道的振动 加速度，g为重力加速度，FP:ms为管道接触表面正压力Ppl中的的最大值； 步骤三：计算金属橡胶块的密度： 3. 1)结合工况要求位移限制比例α， a = Ah/h〇；, 式中，Ah为工况下允许金属橡胶的最大变形；Iltl为金属橡胶块沿管道径向厚度； 3. 2)根据以下公式求出分别按照序号排布的每块金属橡胶块与管道接触面间的最大 压强Pimax: Pimax= F imax/S，1 彡 i 彡（n-l)/2, i 为整数， 其中，式中Fimax为第i块金属橡胶块最大压力，S为金属橡胶块与管道接触面积； 3.3)确定该工况要求位移限制比例α下的压强密度模型并分别求出按照序号排布 的每块金属橡胶块最大金属橡胶密度P ia: Pia= (p imax+3. 463 α -〇. 265) / (2. 978 α -〇. 261)； 其中，α为工况要求位移限制比例，PimaxS按照序号排布的每块金属橡胶块与管道接 触面间的最大压强 步骤四，布置金属橡胶： 由于管道上半部对于金属橡胶减振器无管道自重影响，仅存在振动时的压力冲击，因 此，与管道上表面接触的金属橡胶块密度取上述计算中金属橡胶块中最小密度Pmin的布 置，以减振器下半部顶点处第〇块放置金属橡胶块中密度最大的，第〇块金属橡胶块为中 心，两边的按照序号对称布置的金属橡胶块的密度依次减小。
【专利摘要】本发明一种管道支撑的金属橡胶减振器的设计方法，该方法沿管路周向的不同位置的减振块采用不同的成型密度，利用金属橡胶成型密度越小，支撑刚度越小，减振性能越好的基本规律，在压力较大处采用成型密度较大的金属橡胶减振块以提高支撑刚度，在压力较小处采用成型密度较小的金属橡胶减振块以提高减振性能，从而在保证整个减振器安全服役的情况下实现更为理想的减振效果。本发明采用多种不同密度的近长方体的减振块按一定原则镶嵌于管卡中的多个限位板之间。减振块内部相互勾联的空间网状结构使其具有良好的弹性和阻尼性能。不同位置的减振块随自重影响下的压力分布变化采用不同密度，以此获得更佳的减振效果。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104866663
【申请号】CN201510251006
【发明人】李静媛, 王鹏, 卢成壮, 陈雨来
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月16日