基于耳蜗基底膜仿生原理的液压系统流体脉动抑制方法研究

The Vibration due to fluid pulsation in hydraulic systems transmits along hydraulic pipeline system, which would deteriorate the characteristics of the systems, and reduce service life of hydraulic elements. If the pulsation is too large, it maybe arouse the fatigue of pipelines. More seriously, if the pulsation resonates with pipeline system, the pipeline system will be destroyed abruptly. At present, the fluid pulsation of hydraulic systems is suppressed with reactive filtering methods, which have some disadvantges such as selectivity of filtering frequency, narrow frequency band, and bulkiness of structure. So, it is necessary to explore a new filrtering mechanism for suppression of fluid pulsation with high efficiency, wide frequency band, and cramped construction. .With high pressure hydraulic systems, the project will develop the suppression method which is based on biomimetic principle of mechanical characteristics of basilar membrane of mammalian cochlea. The project will chiefly carried on research of the following several aspects: .The "space-frequency" characteristics of basilar membrane are silmulated, and the basilar membrane is constructed with mechanical method..The mechanical features of basilar membrane are analyzed, and the dynamical model is established..The filtering mechanism of the filter with bionic basilar membrane is investigated, and the prototype is manufactured..Under high pressure flowfield, the coupled vibration of bionic basilar membrane is alanyzed and modelled..Filly, The dynamical feature of prototype is investigated experimentally, and the model is established by experiments.. The project will provide a new creative method for fluid pulsation suppression, which will improve the performance of the hydraulic systems effically.

液压系统中流体脉动引发的振动和噪声沿管路传播，严重影响系统工作性能,缩短元件使用寿命。压力脉动幅值过大时会使管系疲劳破坏,共振状态下能使管系在短时间内破裂。液压脉动的抑制目前主要采用抗性滤波方法，频率选择性强、频带窄、结构庞大，无法满足实际需要。研究高效宽频、结构紧凑的液压脉动抑制方法与技术，有重要理论意义和工程应用价值。.项目以高压液压系统为应用对象，探索仿哺育动物耳蜗基底膜动力学特性、用机械谐振抑制流体脉动的新方法。主要研究"耳蜗基底膜'空间-频率'特性的物理模拟及结构实现"、"耳蜗基底膜仿生构件动力学建模与固有特性分析"、"含耳蜗基底膜仿生构件的液压滤波原理实现与结构制作"、"高压液压流场中'液体-构件'耦合振动分析与滤波器建模"、"液压滤波器动力学特性及滤波性能测试"等理论和技术问题，设计制造原创的滤波频带宽广、结构紧凑的机械谐振式液压滤波装置，为流体脉动抑制提供全新的技术手段。

随着液压技术向高速、高压和大功率方向发展,液压系统中的振动与噪声成为妨碍液压技术进步的重要因素之一。容积式液压泵的排油机制决定了输出的流量不是恒定而是周期性脉动的，这种脉动流量遇到系统负载阻抗后形成压力脉动并沿管道传播，引起管路系统的振动及产生噪声，影响系统工作性能，缩短元件使用寿命，严重时可引起设备的灾难性破坏。. 液压系统的流体脉动控制一直是一个没有得到很好解决的技术难题。目前，流体脉动的抑制主要采用基于声学消声原理的抗性滤波模式。因受其滤波机制限制，这种滤波消声器频率选择性很强、滤波频带窄、滤波效果受系统工况影响大、体积结构庞大安装空间受限，无法满足实际应用需要。. 本项目受耳蜗基底膜动力学特性的启示，用广谱机械谐振方式吸收液压系统流量和压力脉动，主要研究了：① 耳蜗基底膜“空间-频率”特性的物理模拟及结构实现；② 耳蜗基底膜仿生构件动力学建模与固有频率特性研究；③ 含耳蜗基底膜仿生构件的液压滤波原理实现与结构制作；④ 高压液压流场中“液体-构件”耦合振动分析与滤波器建模；⑤ 液压滤波器动力学特性及滤波性能的实验测试。. 项目对于仿生构件的制作，采用“神似而不形似”的原则，提出采用多种形状、多种规格的弹性片和柔性膜组合的形式作为谐振元件，用机械谐振方式吸收液压系统压力脉动的新原理和结构。因各谐振元件固有频率相互错开且分布范围广，滤波消声器的滤波频度范围得到大幅提高，弥补了常规抗性滤波器滤波频带窄及受工况影响大的技术缺陷，对于工况变化频繁的液压系统，具在无可替代的优越性。. 项目研究成果主要以公开发表的论文及学位论文形式体现，项目共发表论文12篇，录用2篇，其中SCI收录1篇，EI收录6篇,1篇论文发表于振动与噪声控制领域国际知名期刊《Journal of Sound and Vibration》。2篇发表于发表于机械工程权威学术期刊《机械工程学报》。培养博士研究生1名，硕士研究生9名。. 项目研究成果受到学术界关注。浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室发表于《机械工程学报》[2015,51(22)]的综述性论文《共振型液压脉动衰减器研究现状及展望》，对项目提出来的系列方法以“基于柔性膜或薄板振动系统的脉动衰减器”为题进行了评述。