双金属复合翅片管振动特性的研究.pdf

振　动　与　冲　击 第３５卷第５期 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．５２０１６　  双金属复合翅片管振动特性的研究 １ ２ ３ ４ 郭建英 ，马腾飞 ．刘生宝 ，白艳艳 （１．太原理工大学 矿业工程学院；２．太原理工大学 应用力学与生物工程研究所，太原　０３００２４； ３．中石化宁波工程有限公司，宁波　３１５１０３；４．太原理工大学 机械工程学院，太原　０３００２４） 　　摘　要：双金属复合翅片管是一种高效传热元件，容易发生流体诱导振动破坏，对其进行振动模态理论分析具有 重要的工程指导意义。针对双金属复合翅片管的结构特征，将其简化为串、并联刚度系统，采用组合截面等效弯曲刚度、 等效扭转刚度和等效抗拉压刚度，并结合等效质量和等效转动惯量的方法，对其弯曲、扭转和轴向振动模态进行理论解 析。为了验证理论分析方法的准确性，对双金属复合翅片管的振动模态进行了实验测试和有限元分析。研究了翅片几何 参数对双金属复合翅片管振动频率的影响规律。结果表明，对于矩形翅片形式的钢铝双金属翅片管，其弯曲、扭转和轴向 振动频率均随翅片高度和翅片厚度的增大而减小，随翅片间距的增大而增大。 关键词：双金属翅片管；振动模态；等效截面刚度；等效质量；等效转动惯量 中图分类号：ＴＢ１２３　　　文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．１３４６５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｖｓ．２０１６．０５．０３３ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｉｍｅｔａｌｌｉｃｆｉｎｎｅｄｔｕｂｅｓ １ ２ ３ ４ ＧＵＯＪｉａｎｙｉｎｇ，ＭＡＴｅｎｇｆｅｉ，ＬＩＵＳｈｅｎｇｂａｏ，ＢＡＩＹａｎｙａｎ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｉｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ； ２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ； ３．ＳｉｎｏｐｅｃＮｉｎｇｂｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ３１５１０３，Ｃｈｉｎａ； ４．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ） 　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃｆｉｎｎｅｄｔｕｂｅｓａｒｅｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ａｎｄｔｈｅｙａｒｅｅａｓｙｔｏｈａｖｅｆｌｏｗ ｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｄａｍａｇｅｓ．Ｔｈｅｉｒｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｈａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．Ａｂｉｍｅｔａｌｌｉｃｆｉｎｎｅｄｔｕｂｅｗａｓ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄａｓａｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｓｅｒｉｅｓａｎｄｐａｒａｌｌｅｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓｅｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇ，ｔｏｒｓｉｏｎ ａｎｄａｘｉａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｂｉｍｅｔａｌｌｉｃｆｉｎｎｅｄｔｕｂｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎａｌｂｅｎｄｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｅｑｕｉｖ