一种输送管路的阻尼损耗因子检测方法与流程

本技术涉及材料力学的，具体涉及一种输送管路的阻尼损耗因子检测方法。

背景技术：

1、阻尼损耗因子是衡量材料或结构在振动过程中能量耗散能力的一个重要参数。在振动或波动过程中，部分机械能量会因为内摩擦、空气阻力、材料内部的内耗等因素转化为热能，从而逐渐衰减振动幅度。阻尼损耗因子就是用来量化这种能量耗散的。阻尼损耗因子可以理解为一个系统“减速”振动的能力。这个因子的数值越大，系统振动衰减得就越快，能量损失得也越多；数值越小，振动就会持续较长时间，能量损失得较少。

2、在工程应用中，阻尼损耗因子是设计和分析振动控制、噪声控制的重要参数。通过调节结构的阻尼特性，可以有效地减少不必要的振动和噪声，从而提高结构的性能和寿命。传统的结构阻尼分析方法通常在假设材料各向同性的基础上进行分析，认为材料的阻尼特性在各个方向上是相同的。这种方法在某些简单结构或均质材料中可能适用，但对于复杂结构，尤其是多层复合材料或正交各向异性材料，这种假设会导致分析结果不够准确。因此需要一种方法提高圆柱壳材料的阻尼损耗因子计算的准确度。

技术实现思路

1、本技术提供一种输送管路的阻尼损耗因子检测方法，能够提高圆柱壳材料的阻尼损耗因子计算的准确度。

2、在本技术的第一方面提供了一种输送管路的阻尼损耗因子检测方法，所述方法包括：

3、基于施加至目标圆柱壳预设振动激励，获取测量的所述目标圆柱壳的运动响应量，并基于施加至所述目标圆柱壳的载荷，获取测量的所述目标圆柱壳的应变响应量；

4、基于所述运动响应量计算所述目标圆柱壳的目标动能，并基于所述应变响应量计算所述目标圆柱壳的目标应变能；

5、根据所述目标动能与所述目标应变能，计算拉格朗日量；

6、根据所述目标动能以及所述目标圆柱壳的比阻尼容量，计算所述目标圆柱壳经过形式耗散掉的总耗能；

7、根据所述拉格朗日量、所述总耗能以及所述目标应变能，计算所述目标圆柱壳各个方向上的阻尼损耗因子；

8、根据模态应变能法，基于各个方向上的所述阻尼损耗因子，计算得到所述目标圆柱壳的结构阻尼损耗因子。

9、可选的，所述根据所述拉格朗日量、所述总耗能以及所述目标应变能，计算所述目标圆柱壳各个方向上的阻尼损耗因子，通过如下公式计算：

10、

11、其中，η11、η12、η22分别为所述目标圆柱壳各个方向上的阻尼损耗因子，δu为所述总耗能，umax为所述目标应变能。

12、可选的，在所述根据所述拉格朗日量、所述总耗能以及所述目标应变能，计算所述目标圆柱壳各个方向上的阻尼损耗因子之后，所述方法还包括：

13、根据所述运动响应量，分析所述目标圆柱壳的应力分量，进而计算所述目标圆柱壳的应力矢量，具体通过如下公式计算：

14、{σ}t＝{σx，σθ，σxθ}

15、其中，{σ}t为应力矩阵，σx为x方向上的法向应力，σθ为θ方向上的法向应力，σxθ为x-θ平面上的剪切应力；

16、根据所述应变响应量，分析所述目标圆柱壳的应变矢量，具体通过如下公式计算：

17、{e}t＝{ex，eθ，exθ}

18、其中，{e}t为应变矩阵，ex为x方向上的法向应变，eθ为θ方向上的法向应变，exθ为x-θ平面上的剪切应变；

19、所述应力矢量与所述应变矢量的关系如下：

20、{σ}＝[q]t{e}

21、其中，{σ}为所述应力矢量，{e}为所述应变矢量，[q]t是转换后的折减刚度矩阵；

22、所述转换后的折减刚度矩阵表示如下：

23、

24、其中，[q]t是转换后的折减刚度矩阵，qij为折减刚度，i，j∈(1,2,6)。

25、可选的，所述根据所述拉格朗日量、所述总耗能以及所述目标应变能，计算所述目标圆柱壳各个方向上的阻尼损耗因子，具体包括：

26、根据所述应力矢量以及所述应变矢量，计算所述总耗能，具体通过如下公式计算：

27、

28、其中，δu为所述总耗能，l为所述拉格朗日量，h为所述目标圆柱壳的长度，{e}t为所述应变矩阵，{σ}t为所述应力矩阵，η11、η12、η22分别为所述目标圆柱壳各个方向上的阻尼损耗因子。

29、可选的，所述根据模态应变能法，基于各个方向上的所述阻尼损耗因子，计算得到所述目标圆柱壳的结构阻尼损耗因子，具体包括：

30、基于如下公式，计算所述结构阻尼损耗因子：

31、

32、其中，η为所述结构阻尼损耗因子，δu为所述总耗能，umax为所述目标应变能。

33、可选的，所述根据所述目标动能与所述目标应变能，计算拉格朗日量，具体通过如下公式计算：

34、l＝tmax-umax

35、其中，l为所述拉格朗日量，tmax为所述目标动能，umax为所述目标应变能；

36、获取所述目标圆柱壳的长度以及密度；

37、基于所述目标圆柱壳的长度计算所述目标圆柱壳的应变能，具体通过如下公式计算：

38、

39、其中，u为所述应变能，h为目标圆柱壳的长度，{e}t为应变矩阵，{σ}t为应力矩阵；

40、基于所述目标圆柱壳的长度以及密度，计算所述目标圆柱壳的动能，具体通过如下公式计算：

41、

42、其中，t为所述动能，h为目标圆柱壳的长度，ρ为所述目标圆柱壳的密度，u0，v0，w0分别是中面上一点(即z＝0)沿(x，θ，z)坐标方向的位移分量。

43、可选的，所述基于所述运动响应量计算所述目标圆柱壳的目标动能，并基于所述应变响应量计算所述目标圆柱壳的目标应变能，具体包括：

44、在所述目标圆柱壳两端(x＝0，h)，假设的位移场表达式如下：

45、

46、其中，u0，v0，w0分别是中面上一点(即z＝0)沿(x，θ，z)坐标方向的位移分量，a、b和c为位移幅值的大小，m为轴向波数，n为周向波数，ω为振动角频率；

47、基于最小势能原理，构造关于能量函数的拉格朗日方程，拉格朗日方程如下所示：

48、

49、其中，a、b和c为位移幅值的大小，tmax为所述目标动能，umax为所述目标应变能；

50、基于所述拉格朗日方程，得到控制特征方程如下：

51、

52、其中，cij为方程中的系数，a、b和c为位移幅值的大小；

53、通过对所述控制特征方程施加非平凡解的条件来求解根，得到如下行列式：

54、α0ω6+α1ω4+α2ω2+α3＝0

55、其中，αi(i＝0，1，2，3)是常数，ω为振动角频率；

56、根据行列式求解所述振动角频率；

57、将所述振动角频率代入所述位移场表达式，计算所述目标应变能以及所述目标动能。

58、在本技术的第二方面提供了一种输送管路的阻尼损耗因子检测装置，所述装置包括获取模块以及处理模块，其中：

59、所所述获取模块，用于基于施加至目标圆柱壳预设振动激励，获取测量的所述目标圆柱壳的运动响应量，并基于施加至所述目标圆柱壳的载荷，获取测量的所述目标圆柱壳的应变响应量；

60、所述处理模块，用于基于所述运动响应量计算所述目标圆柱壳的目标动能，并基于所述应变响应量计算所述目标圆柱壳的目标应变能；

61、所述处理模块，用于根据所述目标动能与所述目标应变能，计算拉格朗日量；

62、所述处理模块，用于根据所述目标动能以及所述目标圆柱壳的比阻尼容量，计算所述目标圆柱壳经过形式耗散掉的总耗能；

63、所述处理模块，用于根据所述拉格朗日量、所述总耗能以及所述目标应变能，计算所述目标圆柱壳各个方向上的阻尼损耗因子；

64、所述处理模块，用于根据模态应变能法，基于各个方向上的所述阻尼损耗因子，计算得到所述目标圆柱壳的结构阻尼损耗因子。

65、在本技术的第三方面提供了一种电子设备，包括处理器、存储器、用户接口以及网络接口，所述存储器用于存储指令，所述用户接口和所述网络接口均用于与其他设备通信，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述电子设备执行如上述任意一项所述的方法。

66、在本技术的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，当所述指令被执行时，执行如上述任意一项所述的方法。

67、综上所述，本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

68、本技术通过结合实测数据与精确的能量计算方法，能够提高圆柱壳材料的阻尼损耗因子计算的准确度。其原理在于基于预设振动激励获取圆柱壳的运动和应变响应，从而分别计算出目标动能和目标应变能，再利用拉格朗日量计算系统的总耗能。此外，结合比阻尼容量，将能量耗散转化为各个方向上的阻尼损耗因子，从而避免了传统分析中各向同性假设的误差。这一过程通过模态应变能法更精确地反映了材料在不同方向上的真实阻尼特性，因此大大提高了阻尼损耗因子计算的准确性。

69、通过引入材料的各向异性特性，并结合精确的能量分析方法，实现了对圆柱壳各个方向上的阻尼损耗因子的细致计算。考虑了应力和应变在不同方向上的影响，避免了传统方法忽略材料各向异性特性所带来的误差。通过基于模态应变能法计算结构阻尼损耗因子，能够更准确地描述目标圆柱壳的实际阻尼行为，从而提高了阻尼计算的精度和可靠性，有助于更精确的结构设计和性能预测。

70、通过精确构造基于拉格朗日量的控制方程，结合圆柱壳的振动特性与应力应变关系，实现了对目标圆柱壳动能与应变能的精确计算。通过求解控制特征方程，获得振动角频率，并进一步计算出结构的动能和应变能。这一过程利用了最小势能原理，有效考虑了结构在振动过程中能量分布的影响，从而提高了计算结果的精度。这种方法能够更准确地预测结构的动态性能，有助于优化设计，提高结构稳定性和抗震性能。