声振耦合是航空航天飞行器在运行过程中备受关注的问题。针对具有代表性的薄壁圆柱结构,建立声场—结构直接耦合的三维动力学模型,其中结构和声场分别采用实体有限元和三维声单元剖分,并且采用无限元模拟自由声场边界。通过理论和数值分析研究声场中薄壁圆柱结构的模态、幅频响应、相频响应等振动特性的变化规律,讨论声振动对结构动力特性的影响及机理。研究发现声场在大多数情况下降低了结构的固有频率,在低频段声振动相当于给结构增加了附加质量,但是在高频段,声振动和结构阻尼的影响比较相似。随着声场流体密度增大,结构的大多数固有频率值明显减小,结构响应幅值在低频段增大,在高频段减小。声速对声场模态有显著影响,但是对结构模态频率的影响不大。

考虑流体流动、转子转动等随机性引起的压力脉动波动特性,提出了柱塞泵压力脉动的随机动力学表达式,并通过三柱塞泵-管道系统实验获得压力脉动随机参数的概率分布规律为极值I型分布。根据所提出压力脉动随机动力学表达式,应用蒙特-卡罗方法进行管道动力响应分析,通过与实验数据对比验证了所提出表达式的合理性。根据实验及数值分析结果发现泵输出压力脉动与管道位移响应均服从极值I型分布,随机压力脉动频率特性中出现和实验一致的1/3倍频。管道动力响应数值分析结果与实验吻合良好,证明所提出的表达式能够准确模拟柱塞泵管道系统内压力脉动随机动力特性,对管道系统的安全性和可靠性设计具有重要的应用价值。

为了解决某装气站放空管线排气放空时引起的管路振动问题,建立流固耦合三维动力有限元模型,采用瞬态时间历程分析方法对放空管道进行冲击气流下管道动力响应仿真分析。其中管道内流体分别选择氮气和液化气,建立现有管道流固耦合三维动力有限元模型;进行2种流体介质下管道结构动力响应对比。通过研究管道在冲击气流作用下的振动机理和振动特性,从管道结构入手提出了该放空管道振动控制的措施,给出了减振方案。建立减振方案中管道的流固耦合动力有限元模型,进行仿真分析并与原方案计算结果进行了对比,发现管道系统的振动得到大幅度的降低,验证了所提出的减振方案可以对管道振动进行合理有效的控制,确保了管道振动幅度在安全裕度内。