摘 要

管路支架不仅需安全固定并支撑管路系统，而且也要提高其隔振性能，是船舶系统的重要组成部分。而管路支架的静力学特性是衡量其安全性和隔振性能的重要指标和主要依据，因此对管路支架进行隔振优化及力学特性研究具有重要意义。本文以典型管路支架为研究对象，通过增加隔振元件来优化其隔振性能；并完成了工装夹具和辅助台的设计与制作，用以进行静刚度试验，同时对工装夹具进行了有限元模拟验证其是否满足测试要求；最后对管路支架进行了静刚度测试实验，获得其静刚度实验值，并通过计算其理论值与实验值对比并分析误差。试验结果表明：不同管径型号的支架，其理论静刚度与实际静刚度的偏差均在10%左右，平均偏差为8.67%，处于可接受的误差范围；采用隔振器后管路支架系统的静刚度的理论值与实际值均比之前的系统下降90%左右，表明隔振元件效果显著。

关键词：管路支架；隔振器；工装夹具；静刚度

Abstract

The piping support, which is an important part of the ship system, is not only required to fix and support the piping system, but also to improve its vibration isolation performance. The static characteristics of the piping support are important indexes and main basis for measuring the safety and vibration isolation performance. Therefore, it is very important to research the vibration isolation and mechanical properties of the piping support. In this paper, the typical piping support is used as the research object, The vibration isolation performance is optimized by adding the vibration isolating element. The design and manufacture of the fixture and auxiliary table were completed for the static stiffness test, At the same time, the finite element simulation of the fixture is carried out to verify whether it meets the test requirements. Finally, the static stiffness test of the pipe support is carried out to obtain the static stiffness test value, The theoretical value is compared with the experimental value and the error is analyzed. Test results show that regardless of the size of the pipe diameter, the deviation of the theoretical static stiffness and the actual static stiffness are around 10%, the average deviation are 8.67%, in an acceptable error range. After using the vibration isolator, the theoretical and actual values of the static stiffness of the pipe support system are reduced by about 90%, indicating that the effect of the isolation element is obvious.

Key Words:piping support; vibration isolator, tooling and fixture; Static stiffness

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2研究现状 2

1.2.1隔振设计的研究现状 2

1.2.2管路支架的研究现状 3

1.2.3支架力学试验的研究现状 3

1.3本文的研究对象和主要内容 4

1.3.1研究对象 4

1.3.2主要内容 4

第2章 方案设计部分 6

2.1隔振器的优化 7

2.2工装夹具的设计与布置 8

2.3管路支架的力学性能测试 9

第3章 结果与分析 11

3.1隔振优化的结果 11

3.2工装夹具的设计布置结果 11

3.2.1工装夹具布置方案 11

3.2.2工装夹具部件模拟验证 15

3.4静刚度试验 18

3.4.1试验结果 18

3.4.2试验偏差分析 20

第4章 结论与展望 21

4.1实验小结 21

4.2不足与展望 21

参考文献 22

致 谢 23

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

管路系统是现代社会中随处可见的设施，小到家庭日用管路，大至船舶、工业管路，管路系统已经与人类的生活密切相关。系统主要包括管路、配件(如弯头、异径管、分支管连接等)、法兰、垫圈、螺栓连接、阀门、管路支吊架和泵等器件。根据管路内部流通的介质可大致分为油管、水管、气管、风管等类型。各种类型的管路各司其职，在众多领域广泛分布，以传递能量流、动量流或质量流，完成其特定的功能。同时，管路也为振动和噪声的传播提供了可能的途径^[1,2,3]。

冲击是指系统在相当短的时间内（通常以ms计）受到瞬态激励时，系统的加速度、速度、位移突然年发生变化的现象^[1]。在管路系统服役过程中，不可避免的会受到冲击载荷的影响，在一定程度上会影响管路系统的使用寿命^[3]，例如在船舶系统中，当船舶受到水下非接触爆炸或者在航行过程中受到碰撞冲击时，冲击作用会通过管路支架、与设备或舰艇等主体相连的管路、管路中的传输介质等方式传递至管路系统中^[2]，而船舶中管路系统众多，若是由于突然的冲击造成重要管路系统的破损，将会造成运输物质泄漏，危害人体安全，严重的话还会造成船舶的动力系统瘫痪，失去正常航行能力。

管路支架是对管路系统起定位和固定作用的装置，在管路系统中具有分布广、数量多的特点，除了用于支撑固定管路，还能起到限制管路的变形与位移，承受管路内部的压力以及外加载荷，以及一定程度上吸收和降低噪声的作用^[3]。作为连接船体与管路的部件，管路支架的优劣很大程度上影响着管路系统的抗冲击能力，虽然在管路系统正常工作情况下，管路支承能够满足管路的热变形及静应力要求，但是，在冲击等恶劣的外载荷作用下，除了少部分刚性支架外，大部分的传统管路支架支架都会随着外部作用力的增大而产生巨大的变形，无法及时限制管路位移、失去保护管路系统的能力，因此由于突然的巨大冲击而引起内部重要管路的破损，将会使管路系统遭到破坏，从而失去工作能力，造成运输物体的泄露，损失等不利情况的发生^[1，2]。为此，寻求一种优良的隔振元件来优化管路支架的隔振能力，是极其有必要的。