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在液压管系统中，振动和噪声限制其发展。研究人员开展了周期性复合液压管的流固耦合（FSI）振动和带隙特性研究。构建模型并分析得出，该管可抑制振动和脉动，FSI 及多种参数影响其性能。这为液压管减振提供新方法。
在船舶等设备中，液压管系统至关重要，广泛应用于转向、冷却等关键场景。然而，随着其功能日益复杂，振动和噪声问题逐渐凸显，成为限制其进一步发展的关键因素。对于水下航行器来说，沿船体分布的液压管振动性能，更是直接影响其作战效能和生存能力。在典型的海洋液压管系统中，泵的周期性运转引发的流体脉动，以及通过泵壳、基座等途径传递的结构振动，都是主要的振动来源。并且，在流固耦合（FSI）机制的作用下，流体脉动与管道结构振动相互影响，使得情况更加复杂。因此，研究液压管系统的振动抑制迫在眉睫，且必须充分考虑 FSI 效应。
此前，虽然已有多种振动抑制方法，但都存在一定的局限性。被动抑制方法在低频振动控制时，难以平衡抑制效果和设备尺寸；主动抑制方法虽对低频振动有效，但成本高昂且稳定性差，目前仍处于研究阶段。在这种背景下，研究人员为解决液压管系统振动问题，开展了周期性复合液压管的流固耦合振动和带隙特性研究。研究得出，周期性复合液压管具有显著的带隙特性，能够有效抑制管道振动和流体脉动，且 FSI 效应和多种参数对其性能有重要影响 。这一研究成果发表在《Applied Ocean Research》上，为液压管的减振设计提供了全新的思路和理论依据。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，基于各向异性层合壳理论、流体动力学方程和 FSI 边界条件，建立了液压复合软管的一维 FSI 轴向和横向振动模型。其次，采用拉普拉斯 - 特征法（LCM）构建传递矩阵，求解钢和软管基周期性复合液压管的 FSI 模型，并结合 Bloch 波矢定理确定带隙和频率响应函数。此外，通过与有限元模拟（FEM）结果对比，验证了所提方法的准确性。
下面具体介绍研究结果：
- 液压管 FSI 模型的推导、求解与验证：详细推导了液压复合软管的轴向和横向振动模型，考虑了软管增强层的各向异性等因素。通过 LCM 求解模型，并采用节点耦合矩阵解决高频不稳定问题。利用 Dubee 大学的经典实验数据和 FEM 对模型进行验证，结果表明该模型适用于分析钢管和复合软管的 FSI 特性。
- 周期性复合液压管的带隙和振动分析：设计了以钢管和软管为单元的周期性复合液压管，计算其带隙。在轴向振动分析中，研究了周期性空管、周期性流体脉动和周期性充油管道的振动带隙特性，发现 Poisson 耦合会改变带隙结构并形成新带隙，摩擦耦合对带隙影响较小但能耗散高频振动能量。在横向振动分析中，发现流体的质量效应使横向振动带隙向低频移动且带宽减小。
- 周期性复合管的参数效应：研究了流体参数（如恒定流速和静水压力）和管道参数（如缠绕角度和增强相材料特性）对带隙特性的影响。结果表明，稳态流体流速对带隙和 FRF 影响较小，流体静水压力使带隙向低频移动且低频带隙宽度增加；缠绕角度对带隙的影响具有约 90° 对称性，增强相材料的杨氏模量和泊松比显著影响带隙特性。
研究结论表明，所提出的液压管 FSI 模型和求解方法可有效分析钢管和复合软管的振动特性。周期性复合液压管的带隙特性使其成为抑制管道振动和流体脉动的有效解决方案。FSI 对周期性复合液压管的带隙和振动特性有显著影响，不同方向上的耦合作用效果各异。流体和管道结构参数对带隙特性影响重大，在实际工程设计中需要综合考虑。这一研究为液压管系统的振动抑制提供了新的有效途径，为周期性复合液压管的工程设计提供了宝贵的理论指导，有助于推动相关领域的技术发展，提高船舶等设备的性能和可靠性。
