流–固耦合共振式流体滤波器性能研究
流固耦合声学分析介绍
流固耦合声学分析介绍流固耦合声学分析是一种结合了流体动力学和固体动力学的分析方法，用于研究流体和固体之间的相互作用以及声波的传播和辐射。
在许多工程和科学领域中，流固耦合声学分析被广泛应用于汽车、航空航天、船舶、建筑、声学设备等领域。
流固耦合声学分析的基本原理是通过数学模型和计算方法将流体动力学和固体动力学耦合在一起。
在此分析中，首先需要确定流体流动的初始条件，包括流体的速度、压力和密度分布。
然后需要确定固体结构的几何形状和材料力学性质，并考虑外部声源或振动源对固体的激励。
接下来，通过求解流体动力学方程和固体动力学方程的耦合方程组，可以获得流场和固场的解，并计算声波的传播和辐射情况。
流固耦合声学分析的主要应用之一是预测机械结构在流体流动中的响应和振动情况。
例如，可以通过该方法研究汽车外壳在行驶过程中的空气动力学效应以及引擎振动对车身的影响。
通过模拟流固耦合声学分析，可以优化汽车外壳的设计，降低噪声和振动水平，提高乘坐舒适性。
同样，该分析方法还可以用于研究飞机机翼、船体、建筑等结构在流体流动中的响应和振动情况，以提高它们的性能和安全性。
流固耦合声学分析还可以用于预测声波的传播和辐射。
例如，在航空航天领域中，可以通过该方法研究喷气发动机尾迹噪声的传播和辐射特性，改进发动机设计，降低噪声水平。
在建筑领域，可以使用流固耦合声学分析预测建筑结构的隔声性能，改善室内声环境。
在声学设备领域，可以通过该分析方法优化扬声器和音箱的设计，改善音质和音量的性能。
流固耦合声学分析主要依靠计算流体力学（CFD）和有限元分析（FEA）等计算方法来求解耦合方程组。
这些计算方法通常需要使用计算机辅助工程软件，如ANSYS、ABAQUS等。
这些软件提供了丰富的数学模型、求解算法和后处理工具，可以帮助工程师和科学家快速、准确地进行流固耦合声学分析。
然而，流固耦合声学分析也面临一些挑战和限制。
首先，由于流场和固场的方程组是非线性的，求解过程具有一定的复杂性和计算量。
管道系统的流固耦合振动分析与振动控制
管道系统的流固耦合振动分析与振动控制管道系统中的流固耦合振动是一种常见的动力学现象，对于系统的安全性和可靠性具有重要影响。
因此，对管道系统的流固耦合振动进行分析和控制是非常必要的。
本文将介绍管道系统的流固耦合振动的基本原理、分析方法和振动控制技术，并分析其在实际应用中的一些问题和挑战。
一、流固耦合振动的基本原理管道系统的流固耦合振动是指在流体通过管道时，由于流体与管道壁之间的相互作用，产生的流固耦合振动。
其基本原理可以通过流体力学和结构力学的分析来解释。
在流体力学方面，流体在管道中流动时会产生压力波动，这些波动会传播到整个管道系统中，引起管道壁的振动。
而在结构力学方面，管道壁的振动会引起流体内部的压力波动，形成一个闭环的流固耦合振动系统。
二、流固耦合振动的分析方法为了对管道系统的流固耦合振动进行准确的分析，可以采用两种主要的方法：数值模拟和实验测试。
1. 数值模拟方法数值模拟方法是通过数学建模和计算机仿真来模拟管道系统的流固耦合振动。
其中，计算流体力学（CFD）方法可以用来模拟流体流动，有限元法（FEM）可用于模拟管道振动。
通过将这两种方法耦合起来，可以得到较为准确的流固耦合振动特性。
2. 实验测试方法实验测试方法是通过搭建实验平台来进行流固耦合振动的测试。
通过在实验平台上设置不同的工况和参数，可以获取管道系统的振动响应。
常用的测试方法包括压力传感器、加速度传感器等。
通过实验测试，可以获取系统的振动特性，并验证数值模拟结果的准确性。
三、振动控制技术为了降低管道系统的流固耦合振动，需要采取一些有效的控制手段。
目前常用的振动控制技术有两种：被动控制和主动控制。
1. 被动控制技术被动控制技术主要包括减振器和阻尼材料的应用。
减振器可以通过改变系统的固有频率或阻尼特性来吸收振动能量，从而减小振动幅值。
阻尼材料可以通过吸收或传导振动能量来减小系统的振动响应。
2. 主动控制技术主动控制技术则是通过在系统中添加控制器和执行器来主动调节系统的振动响应。
流固耦合的研究与发展综述
流固耦合的研究与发展综述流固耦合是指液体或气体与固体之间相互作用并相互影响的物理过程。
在过去几十年里，流固耦合的研究与发展取得了令人瞩目的进展。
本综述将对流固耦合的研究背景、发展状况和前景进行综述。
首先，流固耦合的研究背景。
流固耦合的研究源于对大气和海洋中的风暴、涡旋和浪潮等自然规律的理解。
这些自然现象中，液体和气体介质与地球表面的固体结构相互作用，并产生复杂而有趣的现象。
例如，在风暴过程中，气体通过辐合进而产生强风和风暴潮，对海岸线造成严重的破坏。
了解这些流固耦合的现象对于防灾减灾和环境保护具有重要意义。
此外，流固耦合的研究还可以应用于工程领域，如航空航天、水利水电和海洋工程等。
其次，流固耦合的研究发展。
随着计算机技术和数值模拟方法的发展，研究人员能够模拟和预测流固耦合过程中的各种物理现象。
数值模拟方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。
这些方法能够解决流固耦合问题中的非线性、多物理场和多尺度等复杂问题。
此外，研究人员还开展了实验和理论研究，以更加全面和深入地理解流固耦合过程。
当前流固耦合的研究重点包括气液两相流动、流体力学与固体力学的相互作用、液固界面的动态行为等。
最后，流固耦合的研究前景。
随着数据采集和处理技术的不断进步，流固耦合的研究正朝着多尺度、多物理场和多学科的方向发展。
在气液两相流动中，研究人员将继续探索液滴、气泡和颗粒的动力学行为，以及它们与固体表面之间的相互作用。
在流体力学和固体力学的相互作用中，研究人员将关注固体结构如何影响流体流动和固体应力分布。
在液固界面的动态行为中，研究人员将继续研究液滴的形变和破裂机制，并探索其在材料科学和生物医学领域的应用。
总之，流固耦合的研究与发展具有广阔的应用前景。
通过深入理解流固耦合过程的物理机制，可以提供有关气候变化、自然灾害和工程设计等方面的关键信息。
这些研究也有助于推动相关学科的发展，如流体力学、固体力学和材料科学等。
随着技术的不断进步和理论的不断完善，相信流固耦合的研究将加速，为我们理解和利用自然界的复杂现象提供更多的支持和指导。
基于流体-结构耦合振动的液压脉动滤波器试验研究
‘
＝ｌ
（８）
式 中 ，ａｏ为柱 塞泵 平均 流量 ，ｍ３／ｓ。 由式 （８）可 知 ，瞬 时流 量可 以分 成 常量 和变 量 两部 分 。试验 中采用 ７柱 塞泵 ，根 据 柱塞 泵 的流量
特性 ，取基 波和 一 次谐波 来逼 近 原 曲线 ，其瞬 时流 量 的傅立 叶级 数 展开表 达 式为
能器 、滤 波器 、可 调 节流 阀和各 种传 感 器等 。柱 塞 泵 的压 力脉 动是 由流量 脉动 的基 频及 其 谐波 组成 的 周 期信 号 ，它 的瞬 时流 量 Ｑ可 以表 达成 】
ｓｉｎ（￣ｂ＋Ｚｏｎ）ｓｉｎ（ ＋ ）
Ｚ０
Ｏ＝职 ｔａ】１ ∑ｓｉｎ［￣ｂ＋（ｉ—Ｏｅ］＝ＳＲ￣ｔａｎｙ
变 成 结构 振动 而被 消耗 ，流 体 压力 脉动 幅值 明显 减 小 ，压力 输 出 曲线更 加平 缓 。
衰
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变频调速 电机
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压 ｌ力 【传 Ｉ感
器
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Ｈ 为 厂
＝
成 结 构 （结 构振 动体 ）的振 动 ，消 除液 压 系统 中流 量和 压 力 的周 期性 波动 ，吸收 压力 冲击 ，降低 因液
压 振动 造 成 的机 械 振动 和 噪声 。
２ 试验 系统及滤波器工作原理
２．１ 试验 系 统 液 压 系统压 力 脉动 测试 系统 原理 如 图 ２所 示 ，包 括变 频调 速器 电机 、柱 塞 式变量 泵 、溢流 阀、蓄
关 键 词 ：泵源回路；压力脉动衰减；传递矩阵；耦合振动；试验研究
中图分 类号 ：Ｕ６６４．８４；ＴＢ５３
流致振动 流固耦合的区别
流致振动流固耦合的区别
流致振动和流固耦合是两个不同的概念，它们的区别如下：
- 流致振动：是指流体经过物体表面时，由于流体的不稳定流动引起物体的振动。
流致振动主要关注流体与结构之间的相互作用，其中流体的流动特性对结构的振动响应产生影响。
流致振动的研究重点是分析流体流动对结构振动的影响，并寻找控制和减小振动的方法。
- 流固耦合：是研究可变形固体在流场作用下的各种行为以及固体变形对流场影响这二者相互作用的一门科学。
流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用，变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动。
流固耦合的研究对象广泛，几乎可以应用于全部工程领域，比如航空工程，核工程、生物医学，化工设备，甚至食品加工等。
综上所述，流致振动和流固耦合的主要区别在于研究对象和研究重点的不同。
流致振动主要关注流体与结构之间的相互作用，以及如何控制和减小结构的振动响应。
而流固耦合则是研究可变形固体在流场作用下的各种行为以及固体变形对流场影响这二者相互作用的一门科学。
涡轮机械中的流固耦合分析与优化研究
涡轮机械中的流固耦合分析与优化研究导言：涡轮机械是一类重要的能量转换装置，广泛应用于航空航天、发电和工业生产等领域。
在涡轮机械的设计与开发过程中，流固耦合是一个重要的研究方向。
本文将探讨涡轮机械中流固耦合的分析方法和优化策略，以及其对涡轮机械性能的影响。
第一部分：流固耦合的基本概念流固耦合是指在涡轮机械中，流体和固体之间存在相互作用和相互影响的现象。
涡轮机械的工作原理是通过流体对叶片的冲击和推动，将流体的动能转化为机械能。
流体在经过叶轮时会对叶片施加压力和力矩，而叶片的形状和材料也会对流体流动产生影响。
第二部分：流固耦合分析方法在涡轮机械的设计与开发过程中，流固耦合分析是不可或缺的一步。
目前常用的流固耦合分析方法主要有数值模拟和实验测试两种。
1. 数值模拟方法数值模拟方法是通过建立涡轮机械的数学模型，利用计算流体力学（CFD）和有限元分析（FEA）等数值方法，对流体流动和固体结构进行模拟和计算。
数值模拟方法具有较高的计算精度和灵活性，可以快速预测涡轮机械的性能和优化方案。
2. 实验测试方法实验测试方法通过搭建实验装置，对涡轮机械进行实际测试和观测。
主要包括流量测量、压力测量和叶片振动等实验内容。
实验测试方法能够直接获取涡轮机械的性能参数和工作状态，但成本较高且受环境和设备的限制。
第三部分：流固耦合的优化策略流固耦合分析的目标是寻找涡轮机械的最佳设计和工作参数，以提高效率和可靠性。
在优化过程中，可以对叶轮的形状、材料和叶片间隙等关键参数进行调整。
1. 叶轮形状优化通过数值模拟和实验测试，可以对叶轮的形状进行优化。
优化的目标是使得流体在叶轮上的流动更加顺畅和均匀，减小流体对叶片的阻力和损耗。
2. 叶片材料优化叶片材料的选择对流固耦合分析结果和涡轮机械性能有着重要影响。
优化的目标是选择具有良好耐高温、抗腐蚀和高强度等特性的材料，以提高叶片的寿命和可靠性。
3. 叶片间隙优化叶片间隙是流体通过叶轮时产生的一种非理想流动状态。
基于有限元方法的流固耦合分析研究
基于有限元方法的流固耦合分析研究随着人们对材料和结构性能的需求不断提高，流固耦合问题研究越来越受到关注。
流固耦合分析主要研究流体流动与固体变形之间的相互作用和耦合效应。
在流固耦合分析中，有限元方法成为最常用的分析方法之一。
本文将从三个方面对基于有限元方法的流固耦合分析进行讨论。
一. 基本原理在流固耦合分析中，有限元方法起到了至关重要的作用。
在有限元方法应用中，流场模拟和固体变形分析的研究已经非常成熟。
但是，在将流场和固体变形结合起来进行研究时，需要考虑流场对固体进行的压力和剪切载荷以及固体对流体流动的影响。
这是一种非线性问题，需要进行高效的数值分析.有限元方法的基本原理是将运动的物体划分成有限个小部分，然后用有限元模型离散处理每个小部分，通过简单的微分方程组成了均衡方程，然后使用数值法求解。
这种方法是一种数值分析方法，主要用来解决固体强度、稳定性、弹性和塑性分析问题。
同时，它还能够被用于研究流体流动、热传递和电磁场问题的解决方案。
二. 动力学中的应用在动力学中，有限元方法是一种广泛应用的方法，可以帮助人们准确预测材料和结构的力学性能。
基于有限元方法的流固耦合分析使得我们能够更为准确地预测材料结构的变形。
通过对其物理和机械属性的模拟，我们能够更好地了解物体的反应和行为。
流固耦合分析可用于模拟一般材料和技术性成分的结构，如飞机飞行时飞行表面的变形，以及汽车发动机在运行时的振动和变形。
同时，它还可以用于研究核反应堆的材料和组件，以及火箭发动机的设计。
三. 工业中的应用有限元方法的工业应用很广泛。
对于自动化工业而言，这种方法可以减少费用和时间，同时提高产品的质量。
例如，有限元模拟可以使用软件来模拟产品的变形，如汽车的碰撞试验，振动，加速度等。
有限元方法还可以用于模拟钢铁、铝和塑料的加工，同时还可用于气动设计和水动力学分析。
总结：流固耦合分析是一项复杂的工程技术，而有限元方法则是一种解决流固耦合问题的重要方法。
流固耦合概述及应用研究进展
流固耦合概述及应用研究进展流固耦合概述及应用研究进展摘要流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的一门力学分支。
顾名思义，它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者交互作用的一门科学。
流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用(fluid．solid interaction)：变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动，而变形或运动又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小。
总体上 ,流固耦合问题按耦合机理可分为两大类:一类的特征是流固耦合作用仅仅发生在流、固两相交界面上,在方程上耦合是由两相耦合面的平衡及协调关系引入的;另一类的特征是流、固两相部分或全部重叠在一起 ,耦合效用通过描述问题的微分方程来实现。
1 流固耦合概述1．1引言历史上，人们对流固耦合现象的早期认识源于飞机工程中的气动弹性问题。
Wright兄弟和其它航空先驱者都曾遇到过气动弹性问题。
直到1939年二战前夕，由于飞机工业的迅猛发展，大量出现的飞机气动弹性问题的需要，有一大批科学家和工程师投入这一问题的研究。
从而，气动弹性力学开始发展成为一门独立的力学分支。
如果将与飞机颤振密切相关的气动弹性研究作为流固耦合的第一次高潮的话，则与风激振动及化工容器密切相关的研究可作为流固耦合研究的第二次高潮。
事实上，从美国ASME应用力学部召开的历次流固耦合研讨会上可以看出，流固耦合问题涉及到很多方面。
比如：空中爆炸及响应，噪声相互作用问题，气动弹性，水弹性问题，充液结构内的爆炸分析，管道中的水锤效应，充液容器的晃动及毛细流中血细胞的变形，沉浸结构的瞬态运动，流固相互冲击，板的颤振及流体引起的振动，圆柱由于热交换引起支持附件松动的非线性流固耦合系统，声音与结构的相互作用，涡流与结构的相互作用，机械工程中的机械气动弹性问题等等。
1.2流固耦合力学定义和特点流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的--I'l力学分支。
caarc双向流固耦合
caarc双向流固耦合概述：CAARC（Computational Aero-Acoustics and Aero-Elasticity Research Center）双向流固耦合是一种研究方法，用于模拟空气动力学流场与振动固体结构相互作用的现象。
它综合了计算流体力学（CFD）和结构动力学（SD）两个领域的知识，能够更准确地预测飞行器振动和噪声特性。
流固耦合理论：在飞行器设计过程中，流场对振动固体的影响不可忽视。
CAARC 双向流固耦合模拟的核心是将流体动力学方程和固体结构动力学方程相互耦合，在求解过程中通过相互反馈的方式实现振动与噪声特性的收敛计算。
常见的双向流固耦合算法有强迫振动法、松弛法和迭代法等。
振动模态分析：振动模态分析是CAARC双向流固耦合的关键环节之一。
通过有限元模型建立振动系统的自然频率和模态形态，并与流场模拟结果进行耦合。
振动模态分析不仅可以评估结构对流场激励的响应，还可以指导飞行器的优化设计。
噪声预测：噪声预测是CAARC双向流固耦合研究的另一个重要应用领域。
通过数值模拟，可以预测飞行器在不同工况下产生的噪声水平，并通过优化设计减少噪声的传播和辐射。
噪声预测对于保证飞行器的安全性和环境友好性具有重要意义。
应用案例：CAARC双向流固耦合已经在飞行器设计中取得了显著成果。
以民用飞机设计为例，通过对机翼和发动机进行双向流固耦合模拟，可以优化气动造型和减轻噪声，提高飞机的飞行性能和乘客舒适度。
另外，CAARC双向流固耦合还在火箭、高铁等领域得到广泛应用，推动了相关领域的技术进步。
挑战与前景：尽管CAARC双向流固耦合技术已经取得了很多成果，但仍然面临着一些挑战。
首先，双向流固耦合模拟需要高性能计算资源，对计算能力的要求较高。
其次，流固耦合过程中的物理现象非常复杂，需要更加精细的数值模型和算法。
未来，随着计算能力的不断提升和数值模拟方法的不断改进，CAARC双向流固耦合技术将在飞行器设计和噪声控制等方面发挥更大的作用。
流固耦合数值方法研究概述与浅析
流固耦合数值方法研究概述与浅析流固耦合数值方法是研究流体与固体相互作用的数值计算方法，是流体力学和固体力学相结合的一门学科。
流固耦合现象广泛存在于自然界和工程实践中，如风对建筑物的作用、水力冲击和爆炸冲击对船舶和汽车的影响等。
流固耦合数值方法的研究可以帮助人们深入理解流体与固体相互作用的特性，为工程的设计和改进提供依据。
在流固耦合数值方法的研究中，首先需要建立流体和固体的数学模型。
对于流体来说，其通常是基于流体力学和传热学的基本方程，如Navier-Stokes方程、能量守恒方程等。
对于固体来说，其模型可以是弹性力学、塑性力学、断裂力学等。
在建立流体和固体的模型之后，需要考虑它们之间的相互作用，包括界面上的力和热交换等。
界面上的相互作用通常可以通过明确定义边界条件来实现。
然后，针对建立的数学模型，需要选择适当的数值方法进行计算。
对于流体和固体分别采用不同的数值方法进行求解，最后通过界面上的相互作用来实现流固耦合的计算。
对于流体的数值方法来说，通常选择基于有限体积法或有限元法的方法来离散化流体方程。
对于固体的数值方法来说，可以选择基于有限元法或有限差分法的方法来求解固体力学方程。
在流固耦合问题中，界面上的相互作用是一个关键问题，一般采用界面追踪技术或体积区域法来处理。
最后，流固耦合数值方法的研究还需要进行数值模拟和验证。
通过数值模拟可以得到流体和固体的场量分布，如速度场、压力场、位移场等，进一步分析流固耦合过程的特性。
同时，还需要通过实验或现有解析解进行验证，对数值方法的准确性和可靠性进行评估。
然而，流固耦合数值方法的研究也存在一些挑战和问题，如计算效率、数值稳定性和精度等。
流固耦合问题通常涉及到多个尺度和多个物理场的耦合，导致计算量较大。
数值稳定性是保证计算结果可靠性的基础，需要在数值方法的选择和参数设定上进行合理把握。
同时，流固耦合问题通常具有非线性和复杂的特性，使得数值方法的精度和收敛性成为一个难点。
基于流固耦合的船舶轴-桨耦合振动特性分析
基于流固耦合的船舶轴-桨耦合振动特性分析船舶是一种经常进行长时间航行的交通工具，其设计及性能极大影响其可持续发展。
船舶的安全、效率和经济性极大的取决于其轴-桨系统的运转状况。
轴-桨系统的振动特性分析是船舶设计中重要的一部分。
轴-桨系统振动特性的分析是基于流固耦合理论。
轴-桨系统是由轴和桨组成，在水中运转产生振动，由于水流和结构共同作用，轴和桨也受到一定的振动。
流固耦合是研究流体力学和固体力学之间相互作用的理论。
流体对固体的作用令结构振动，结构振动也对流体运动产生一定的影响。
流固耦合可以有效地描述轴-桨系统振动特性。
轴-桨系统的振动分为保持模态振动和自由模态振动。
保持模态振动是由系统在特定波长的激励下产生的振动，其振动频率小于结构的基频。
自由模态振动是系统在系统初始状态下受到的外力激励下产生的振动，其振动频率等于结构的基频。
轴-桨系统的振动特性分析可以采用有限元方法进行求解，其中包括轴-桨的受力和甩动等。
轴-桨系统的振动特性分析包括以下过程。
首先是通过CFD （Computational Fluid Dynamics）对流固耦合问题进行求解。
CFD求解一般采用有限体积法，使用流计算程序对轴-桨系统中流体的运动进行建模。
其次，采用有限元方法进行结构的振动求解，可求解系统在特定波长下的不同振动模态及不同激励下的自由模态振动。
最后，将流固耦合和结构振动计算结果相互耦合，得出轴-桨系统在不同航行状态下的振动特性。
轴-桨系统的振动特性分析可以定量描述轴-桨系统运转状况。
通过分析分析系统的振动模态和共振频率排除因接触和低频的干扰，进而进行分析和设计。
在船舶设计中，相应的技术指标及将系统的材料和结构加固以提高其稳定性。
在船舶的设计中，轴-桨系统的振动特性分析是非常重要的。
通过流固耦合的振动分析方法，能够全面了解船舶轴-桨系统的振动状况，提高船舶的安全性、效率性和经济性。
在未来，轴-桨系统的振动分析方法将继续不断发展，进一步完善船舶的设计及运行。
流固耦合模态分析
流固耦合模态分析流固耦合法广泛地应用于汽车声学和噪声等控制领域，对空腔结构进行流固耦合模态分析，可以了解到声腔对结构模态的影响，为研究耦合系统的声学特性提供可靠的理论参考。
在我们汽车结构振动领域应用相对较多的如油箱流固耦合、声腔耦合分析等，通过进行声腔与钣金耦合分析可以了解车身结构件的振动特性及灵敏度。
模拟流体对结构动力学特性影响的分析方法有很多种，如流固耦合法、虚拟质量法等。
本期通过一个简单的案例分享了解流固耦合的分析流程及相关特性影响。
1相关理论假设流体是均匀、无粘、无旋且可压缩的理论流体，基于小位移理论，并忽略了流固动量传递及局部压力-密度线性关系，其耦合方程为：其中：Ms、Ks ---分别为结构的质量矩阵和刚度矩阵；Mf、Kf ---分别为流体的质量矩阵和刚度矩阵；A ---流固耦合矩阵；Fs、Ff ---分别为结构载荷和声载荷；u ---结构节点位移向量；p ---流体节点压力向量。
2案例实战2.1 本次建立的案例分析模型如图1所示，模拟车身钣金，命名为Structur e，材料属性为钢材，弹性模量E=210000MPa，泊松比NU=0.3，密度RHO=7.85 e-9ton/mm3。
车身结构模型如下图1所示：图1 车身结构模型2.2 根据车身结构模型建立如图2所示的声腔模型。
声控属性为空气，命名为Cavity，设置材料密度1.2e-12ton/mm^3，声速345m/s。
图2 车身声腔模型2.3 建立车身与声腔耦合模型，将车身与声腔模型导入，需要设置以下参数。
图3 结构模态求解设置图4 耦合模态求解设置图5 耦合模态工况设置图6 流固耦合参数设置图7 输出参数设置2.4 模态求解。
为了了解声腔模态与车身结构模态的相互影响，先分别单独计算出声腔和车身结构的自由模态。
声腔的第一阶自由模态为刚体模态，声腔内各点的声压幅值相同，车身结构自由模态前6阶为刚体模态。
以下结果均不包括刚体模态结果列表。
水下柔性结构流固耦合动力效应研究
水下柔性结构流固耦合动力效应研究一、研究背景随着科技的不断发展，水下工程领域在船舶、海洋平台、海底隧道等诸多方面得到了广泛的应用。
然而由于水下环境的特殊性，如高压力、低温、盐度变化等，使得水下柔性结构在设计和施工过程中面临着诸多挑战。
为了提高水下柔性结构的可靠性和耐久性，研究其流固耦合动力效应显得尤为重要。
流固耦合是指物质在外力作用下发生的变形与流动现象，在水下柔性结构中，由于受到水流、波浪、潮汐等多种外部因素的影响，结构内部的应力分布和变形状态会发生动态变化。
因此研究水下柔性结构的流固耦合动力效应，有助于揭示其在不同工况下的响应特性，为优化设计提供理论依据。
近年来国内外学者对水下柔性结构的流固耦合动力效应进行了大量研究。
这些研究成果不仅为水下工程的设计提供了有力支持，还为实际工程应用提供了重要的参考价值。
然而现有研究成果主要集中在理论分析和数值模拟方面，对于实际工程中的具体问题解决能力有限。
因此进一步深入研究水下柔性结构的流固耦合动力效应具有重要的理论和实际意义。
1. 水下柔性结构的定义和分类梁式结构：梁式结构是最常见的一种水下柔性结构，主要包括横向梁和纵向梁。
横向梁主要用于承受横向水压力载荷，纵向梁则用于承受纵向拉力载荷。
这种结构形式简单、通用性强，适用于各种水下工程应用。
桁架结构：桁架结构是由许多相互支撑的杆件组成的空间框架结构。
在水下环境中，桁架结构可以通过调整杆件长度和间距来实现对受力状态的改变，从而适应不同的工况要求。
桁架结构具有较高的刚度和稳定性，但其制造工艺较为复杂。
索穹顶结构：索穹顶结构是一种以钢索为骨架，通过锚固在海底固定物上的穹顶状结构。
索穹顶结构具有良好的抗风蚀性能和抗冲击能力，同时能够承受较大的水压力载荷。
然而由于钢索的限制，索穹顶结构的刚度较低，且制造成本较高。
悬链网结构：悬链网结构是由一系列相互连接的链条组成的网状结构。
悬链网结构具有良好的柔韧性和抗拉强度，能够在受到外力作用时产生较大的形变，从而吸收部分能量，减小结构的应力集中。
流-固耦合共振式液压滤波器性能研究
１
２
因而就不 可避免 地要产 生流量 脉动 与压力 脉动沿 管 路 传播 。介质脉 动所产 生 的交 变力使 管路及 它所 连 接 的 附件产 生振 动 ， 强烈 的 振动 会使 管 路 附件 以及 它们 的连接 部分 松动 或破 裂 ， 引起 系统 结 构 的振 并 动 。为 了对 液压 系统 中的振 动和 噪声 进 行抑 制 ， 人 们研制了各种管路流体滤波器 ， 常用的滤波器有共
中 图分 类 号 ： Ｈ ３ Ｔ １７ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 －１７ — ９ ４（ ００）５ ０ １—０ ６ ２ ８０ ２ １ ０ — ０ ０ ０ ３
引 言
在 各 种流 体 管 路 系统 中 ， 如液 压 系统 、 油 系 燃 统 、 却水 系统 等 ， 冷 由于要周 期 性地 泵送 工 作介 质 ，
第 ５期 （ 第 ４ 总 ２期 ） ２１ ０ ０年 ９月
流 体钴幼与 控副
Ｆｌ ｉ Ｐ ｗ ｒ Ｔｒｎｓ ｉｓｏ ａ ｄ ｕ ｄ ｏ ｅ ａ ｍ ｓ ｉ ｎ ｎ Ｃｏ ｔｏ ｎｒ】
Ｎ ． Ｓ ｒ ｌ ｏ ２ ｏ５（ｅ ａ ． ） ｉ Ｎ４
Ｓ ｐ ２ １ ｅ．００
流 一固耦 合 共振 式液 压滤 波器 性 能研 究
振型 、 容腔型 、 阻性 型［ １ ］ 。 共振 型液 压滤波器 是利用 共振来 吸收 能量 的原 理 而达 到脉动 消减 的 目的 。 这种 滤波器 直流压 损小 ， 结 构简 单 ， 在其 共振 频率 范 围 内衰减 效 果好 。容腔 型液 压滤波 器主要 减小有 效容积模 量或 增加有 效容
插入 损失 表示 为
见 ：２ ｌ １ 丝 ） ｏｔ 。 ） （ ｇ
ｐ２ １
管道 作腼ຫໍສະໝຸດ 积 为 （） ８ （
流-固耦合结构共振式液压滤波器性能研究
液压 系统 和液压 弹簧之 间压力 的作用 。从 动力 学角度
看 ，在大多 数情况 下 ，定 位弹 簧 的刚度可 以忽 略 。活
塞 质 量 块 不 断 地 往 复 上 下 振 动 ， 消 耗 液 压 脉 动 能 量 ，从 而 起 到 液 压 滤 波 的 作 用 。 当主 液 压 系 统 激 励 频
在 各种 流体管路 系统 中 ，由于要 周期 性地泵 送工 作 介质 ，因而 不可避 免地要 产生沿 管路传播 的 流量脉
动与压力 脉动 。介质 脉动所 产生 的交 变力使 管路 及它
所 连接 的附件产 生振 动 ，强烈 的振 动会使 管路 附件以
及 其连接 部分松 动或破 裂 ， 引起系 统结构 的振动 。 并 特 别 是随着 液压技术 向高速 、 压和大 功率方 向发展 ， 高 液 压 系统 中的振动 和噪声成 为妨 碍液压 技术进 步和 系统 安 全的重要 因素之 一 。为 了抑制 振动 ，人们 研制 了各 种 管路流体 滤波器 ， 常用 的滤波器 有共振 型 、 容腔 型、
脉动 ， 是一个 典型 的液压 和弹性体 的耦合 振动 问题 。 这 图 １为流一 固耦 合结 构振动 式液压 滤波器 原理 图 。主 液压脉 动滤 波器 连接 到主液 压 系统 １ ，滤波器 由充 满
液压油 的共振容 腔 ２ 、质 量为 的工作 活塞 ３和 ４根
１ 主 液 压 系统 ；２ 共 振 容腔 ；３ 工 作 活 塞 ；４ 定位 弹 簧 一 一 一
较宽 的频率 范 围内取得较好 的脉 动消减 效果 。
１ 液 压 滤 波 器 的 工 作 原 理
当液 压 系 统 的 流量 脉 动 和 压 力 脉 动 沿 管路 传 播 时， 工作 介质必 然引起 液压 一弹簧 系统 的振动 ， 液压 一 弹簧 系统 反过 来又会 影响液 压系统 的流 量脉动 和压力
航空工程中的流固耦合问题研究
航空工程中的流固耦合问题研究航空工程中的流固耦合问题是涉及空气动力学和结构力学的重要研究领域。
在航空器的设计和开发中，流体的运动对结构物的变形和应力有着重要的影响，而结构上的变形和应力也会改变流体的运动状态，这种双向的影响称为流固耦合。
本文将从流固耦合的基本概念、研究方法、典型应用等多个方面探讨航空工程中的流固耦合问题。
一、流固耦合的基本概念流固耦合是指流场和结构场的相互作用。
在航空工程中，流动场是指空气、液体等流体的流动状态，而结构场是指航空器的结构形态和变形状态。
流体与结构物相互作用的过程中，流体在结构物表面产生压力，从而引起结构物产生形变，而结构物的形变会改变流体流动的状态。
因此，流固耦合问题涉及到流体力学、结构力学、热力学等多个领域。
流固耦合的数学模型通常包括流体动力学方程和结构力学方程。
其中，流体动力学方程描述了流体的流动运动，包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程等；结构力学方程描述了结构物的变形和应力状态，包括弹性力学方程、塑性力学方程、动力学方程等。
二、流固耦合的研究方法流固耦合问题的研究方法通常可以分为实验方法和数值模拟方法两种。
实验方法是指通过实验设备模拟流体和结构物的相互作用，测量实验结果以获得流固耦合的一些规律或参数。
典型的实验方法包括风洞试验和结构物的振动实验。
风洞试验通常将缩比的航空器模型置于风洞中，通过测量模型周围的压力分布、速度分布等参数，推导出流场的运动规律；结构物的振动实验通常采用振动台模拟航空器在飞行中承受的机载振动，通过受力传感器和变形测量仪等设备，获得结构物的应力和变形状态。
数值模拟方法是指利用计算机建立流固耦合的数学模型，并通过数值计算获得流固耦合的相关参数。
数值模拟方法相比实验方法具有较高的精度和效率，尤其是在复杂场景下效果更加明显。
典型的数值模拟方法包括CFD(Computational Fluid Dynamics)和FEM(Finite Element Method)。
流固力电耦合-概述说明以及解释
流固力电耦合-概述说明以及解释1.引言1.1 概述流固力电耦合是指流体、固体和电力之间相互作用的现象和理论。
在众多领域中，流固力电耦合都起着重要的作用。
本文将对流固力电耦合的概念、应用领域以及研究方法进行探讨和分析。
流固力电耦合是一个复杂而广泛的研究领域，涉及到流体、固体和电力三个基本要素之间的相互作用。
在许多自然界和工程领域中，流体、固体和电力的相互影响会引起各种现象和效应，例如流体对固体的冲蚀、固体对流体的阻力以及电力对流体和固体的激励等。
因此，研究流固力电耦合的机理和特性对于深入理解自然和改进工程设计都具有重要意义。
在实际应用中，流固力电耦合的研究有着广泛的应用领域。
例如，在航空航天领域，流固力电耦合的现象和效应对于飞行器的空气动力学性能和结构强度有着重要影响。
此外，流固力电耦合理论也被应用于能源领域，例如水力发电、风能利用以及燃烧热流的调控等。
此外，流固力电耦合还在生物医学、材料科学和环境工程等领域中得到了广泛的研究和应用。
研究流固力电耦合的方法可以说是多种多样的。
一方面，实验方法是研究流固力电耦合的重要手段。
通过设计合适的实验装置和测量设备，可以从实验数据中获取流体、固体和电力之间相互作用的信息。
另一方面，数值模拟方法也是研究流固力电耦合的常用手段。
采用计算流体力学、有限元分析等数值模拟方法，可以对流固力电耦合系统进行数值模拟和参数优化。
此外，理论分析方法也是研究流固力电耦合的重要途径。
通过建立适当的数学模型和理论框架，可以从理论层面上揭示流体、固体和电力之间相互作用的本质和规律。
总而言之，流固力电耦合作为一门交叉学科，具有重要的理论和实际应用价值。
通过研究流固力电耦合的概念、应用领域和研究方法，可以推动相关领域的科学发展，并为工程设计和科技创新提供理论指导和实践支持。
1.2 文章结构本文按照以下结构进行展开：介绍流固力电耦合的概念和应用领域，探讨流固力电耦合的研究方法，最后得出流固力电耦合在工程领域的重要性和未来的发展前景。
流固耦合的研究与发展综述
流固耦合的研究与发展综述目录1.引言............................................... - 1 -2.流固耦合的分类与发展............................... - 1 -3.流固耦合的研究方法................................. - 2 -4.流固耦合计算法..................................... - 4 -5.软件应用方法....................................... - 6 -6.总结与展望........................................ - 14 - 参考文献............................................ - 15 -流固耦合的研究与发展1.引言近来，航空航天工业在世界上发展迅速，而作为“飞机心脏”的航空发动机是限制其发展的主要因素。
目前，航空发动机日益向高负荷、高效率和高可靠性的趋势发展，高负荷导致的高你压力梯度容易引起流动分离，同时随着科技的发展，航空发动机的设计使得材料越来越轻，越来越薄，这就使得发动机内部的不稳定流动对叶片的影响大大增加，成为发动机气动及结构设计要考虑的关键问题之一。
而以往单单考虑气动或结构因素不能满足实际的需求，必须将气动设计和结构设计相结合，考虑其相互作用的影响，因此流固耦合的研究应运而生。
流固耦合是流体力学与固体力学交叉而生成的一门独立的力学分支,它的研究对象是固体在流场作用下的各种行为以及固体变形或运动对流场影响。
流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用,固体在流体动载荷作用下会产生变形或运动，而固体的变形或运动又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小，正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象。
流-固耦合
流-固耦合流-固耦合是现代力学中的一个重要概念，指物体在流体中运动时，物体与流体之间相互作用的现象。
这种相互作用现象被广泛应用于海洋工程、船舶工程和风力发电工程等领域。
本文将从理论和应用两个方面介绍流-固耦合的概念和特点。
一、理论方面在流-固耦合中，流体的运动状态受到物体的影响，物体的运动状态也受到流体的影响。
因此，在研究流-固耦合现象时，要考虑物体的形状、大小、密度、表面形态等因素，同时也要考虑流体的流速、密度、黏度、压力等因素，这样才能较为准确地描述物体和流体之间的相互作用。
从理论上来说，流-固耦合现象是非常复杂的，需要运用现代力学中的流体力学和固体力学等理论对其进行研究。
在流体力学中，研究流体中的流动、稳定、湍流和动量转移等问题，而在固体力学中，研究物体的结构、应力和应变等问题。
将两个领域的知识相结合，才能较为全面地研究流-固耦合现象。
二、应用方面在海洋工程中，流-固耦合现象是非常重要的研究对象。
例如，在海洋上的钻井平台上，海浪和潮汐等流体运动状态对钻井平台的稳定性和安全性产生了重要影响。
而在船舶工程中，船舶在水中的运动状态同样需要考虑流-固耦合现象。
船舶的速度、形状、质量中心等因素会影响到水流的运动状态，而水流的流速、流向和波浪等因素也会影响到船舶的运动状态。
风力发电是近年来快速发展的一种可再生能源，而风力机的设计和研究中也需要考虑到流-固耦合现象。
风力机的叶片在风中旋转时，会引起周围风速的变化，从而影响到风力机叶片的运动状态。
因此，需要通过对流体力学和固体力学的研究，对风力机的叶片形状、材料、强度等因素进行优化设计。
总之，流-固耦合现象在现代工程应用中具有广泛应用前景。
研究这一现象需要充分结合现代力学中的理论知识，对于改善工程的安全性和效率具有重大意义。
海洋立管流固耦合动力特性研究
海洋立管流固耦合动力特性研究随着经济的高速发展，中国的能源需求越来越大。
在海上能源开发技术方面，海洋立管的设计一直是技术难题。
海洋立管由于所处的环境十分复杂，当外界激励频率与立管自身的固有频率接近时易发生共振现象，导致立管的损坏，进而影响海上石油开采工作，甚至会污染海洋环境。
所以，对海洋立管固有频率及其影响因素的研究具有一定的现实和理论意义。
本文通过建立海洋立管模型，分析其所处的环境，根据Hamilton能量方程，建立起海洋立管振动方程，并用幂级数方法对其求解，得到不同边界条件下的固有频率与流速、立管长度之间的关系，给出减少共振现象的方法。
本文研究发现，立管的固有频率与流速和立管长度成反比关系。
标签：海洋立管;固有频率;幂级数法一、课题的研究背景及意义（一）社会背景能源，是我们人类赖以生存的基本条件，也是国民经济发展前行的重要战略物质基础。
目前，深海处石油的探明开采技术仍是中国的薄弱环节。
以钻井平台搭建、海底管线的铺设、水上相关生产系统的构建、保障水下相关生产系统及流动等领域最为典型。
目前，中国在深海作业方面的相关经验是较为匮乏的。
例如，在铺设海底管道时，虽然我国对于深度小于300 米的技术已经能够掌握，但对深海的管道铺设还存在着一定的技术盲区。
海底管线非常脆弱，它们的流动保护性、疲劳强度及涡激振动这些关键因素都必须考虑在内，稍有疏忽就会影响整个勘探开采的过程。
所以，中国想要对大海深处的石油进行开采，不仅仅需要一些高技术的钻井平台，相关支撑技术能否得到突破也显得尤为重要。
因此，我国必须加大对深海技术的开发，特别是一些关键领域的关键技术需要进行深入研究。
（二）海洋立管的现状海洋立管是海底采油系统的重要组成部分，是连接平台设备和水底设备的重要桥梁。
同时，深水立管也是深海工程结构中极易遭到损坏的部件，因为它们通常普遍受到管道内流体的流动和管道外海洋环境的双重负荷。
因为立管的长度与管壁厚度之比很大，并且在中间没有相应的保护结构，所以，在内流与外载荷共同作用下，立管可以产生多阶的高模态涡激振动、浪致振动和立管干涉振动等等。
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1. 引言
在液压系统中，由于泵的结构原因产生的脉动体积流量沿管路传输时，遇到系统阻抗就转变成为压 力脉动[1]。为了衰减这种脉动，人们研究开发了品种繁多的各式液压滤波器[2]。
通过应用实践表明，各种流体滤波器的安装，对减小泵的负载阻抗，增加对液压系统脉动压力衰减 和抑制均具有明显的效果[3]。其中流–固耦合共振式流体滤波器结构振动式流体滤波器以其结构简单、 系统能量损失小、使用效果显著等优点值得重点关注[4]。它能将流体脉动能量转化为机械振动能量来控 制和衰减，在较宽的频段范围内具有良好使用要求。
和负载阻抗的影响。文献[3]给出 Ki 的计算公式为：
Ki
=
20 lg
a1′1 a11
+ +
a1′2Yz a12Yz
(s) (s)
(2)
此处，
a11 =
1 ω2
s2
+
2
ξ ω
s
+
1
、
a12 =(l2L2 + l3L3 ) s + ( R2L2 + R3L3 )
、
a1′1 = 1
、= a1′2
128µ
黏度/(Pa·s)
数值 7800
20 0.1 2.16 × 1011 0.3 890 1400 0.00314
参照表 1 滤波器设计及仿真分析的基本参数，我们分别对滤波器弹性结构振动体的薄板直径及厚度、 阻尼平衡孔直径及长度、静压平衡容腔体积等参数进行了仿真分析，确定了以上结构尺寸分别对耦合共 振频率的影响，结果如图 2~6 所示。
πDa4
+
4ρ πDa2
s La
、
Yz
(s)
=
iωV ρc2
，式中 ω
为流固耦合共振角频率，rad/s； ξ
为阻尼系数；R2、R3为等效流体管路单位长度的
液阻；l2、l3为等效流体管路单位长度的液感； Da 为等效钢直管直径， La 为等效钢直管长度。Yz (s) 为滤
波器负载导纳，式中c为声速。由上式可知，插入损失为 Ki 滤波器的结构尺寸、阻尼因子、边界条件等密 切相关[8]。
图 2 为薄板半径的变化对滤波器耦合共振频率及衰减效果的影响关系曲线图。图中结果表明，随着 薄板半径的减小，其自身质量减轻，振动耗能减少，因此耦合共振频率增大，对流体脉动衰减效果也有 所减弱。
图 3 为薄板厚度的变化对滤波器耦合共振频率及衰减效果的影响关系曲线图。图示表明，滤波器耦 合共振频率随着载流薄板厚度的增加而增大，同时对流体脉动的抑制效果也有所转好。
Figure 4. Relationship between diameter of damping hole and filter coupling resonance frequency 图 4. 阻尼孔直径与滤波器耦合共振频率的关系
DOI: 10.12677/met.2020ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ92003
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机械工程与技术
Keywords
Fluid Pulsation, Filter, Fluid-Structure Coupling, Structural Parameters, Simulation, Test
流–固耦合共振式流体滤波器性能研究
罗雅云1，高 阳1，何志勇1,2 1长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南 长沙 2机械装备高性能智能制造关键技术湖南省重点实验室，湖南 长沙
收稿日期：2020年2月19日；录用日期：2020年3月4日；发布日期：2020年3月11日
文章引用: 罗雅云, 高阳, 何志勇. 流–固耦合共振式流体滤波器性能研究[J]. 机械工程与技术, 2020, 9(2): 27-34. DOI: 10.12677/met.2020.92003
罗雅云 等
Received: Feb. 19th, 2020; accepted: Mar. 4th, 2020; published: Mar. 11th, 2020
Abstract
Aiming at the attenuation and suppression of the pulsating pressure in the hydraulic system, a fluid structure coupled resonant filter is designed in this paper. The influences of the structural parameters such as the diameter and thickness of the plate, the diameter and length of the damping balance hole and the volume of the hydrostatic balance cavity on the coupling resonance frequency of the filter are analyzed. The effect of the filter is tested on the test-bed. The maximum attenuation amplitude of the pressure pulsation can reach 44.8% when the coupling resonance occurs. When the difference between the basic frequency of the pressure pulsation of the pump and the natural vibration frequency of the vibrating body is 50 Hz, the attenuation amplitude of the pressure pulsation still reaches 28.6%. It shows that the filter has a good suppression effect on the pressure pulsation and has a good development and application value.
图 4 为阻尼孔直径的变化对滤波器耦合共振频率及衰减效果的影响关系曲线图。随着阻尼孔直径的 变小，在耦合共振频率也随之降低的同时，滤波器的衰减效果也显著减弱。这是由于阻尼孔直径过小时， 与静压平衡容腔的连通性能也显著降低，阻尼力增大，影响了滤波器的使用性能。
DOI: 10.12677/met.2020.92003
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机械工程与技术
罗雅云 等
Figure 1. Schematic diagram of fluid-solid coupling resonant fluid filter 图 1. 流–固耦合共振式流体滤波器原理图
3. 结构参数对滤波器性能的影响探讨
Study on the Performance of Fluid-Solid Coupling Resonant Filter
Yayun Luo1, Yang Gao1, Zhiyong He1,2 1School of Automobile and Mechanical Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha Hunan 2Hunan Provincial Key Laboratory of Intelligent Manufacturing Technology for High-Performance Mechanical Equipment, Changsha Hunan
工作时，假设周期性脉动压力持续作用在结构振动体上，振动系统则按脉动压力做周期振动，所以 该流–固耦合振动系统可以看作是一个受迫振动系统[6]。不断作上下往复运动的受迫振动弹性结构振动 体不断消耗流体脉动能量，以此实现滤波效果。当流体系统的脉动激励频率与滤波器弹性结构振动体振 动系统的固有振动频率接近或一致时，结构振动体振动幅度达到最大，消耗的能量最大，因此衰减滤波 效果最好。但根据研究结果表明，结构振动式流体滤波器同样具有频率选择性，只在一定频率范围内适 用[7]。因此，如果在滤波器中设置不同结构尺寸的弹性结构振动体，就可以在很宽的频段内衰减不同振 动频率的流体脉动，实现广谱滤波效果。为研究方便，本文首先只对某一特定结构的弹性结构振动体振 动系统进行流固耦合研究。
摘要
针对液压系统脉动压力衰减和抑制问题，论文设计了一种流–固耦合共振式流体滤波器，分析了滤波器 弹性结构振动体的薄板直径及厚度、阻尼平衡孔直径及长度、静压平衡容腔体积等结构参数对滤波器耦 合共振频率的影响。在试验台上测试了滤波器的使用效果，耦合共振时压力脉动衰减幅度最大可达44.8%， 在泵的压力脉动基频与振动体固有振动频率相差50 Hz的情况下，压力脉动衰减幅度仍达到了28.6%， 显示该滤波器对压力脉动良好的抑制效果，具备很好的开发应用价值。
罗雅云 等
Figure 5. Relationship between the length of damping hole and filter coupling resonance frequency 图 5. 阻尼孔长度与滤波器耦合共振频率的关系
Figure 6. Relationship between resonant cavity volume and filter coupling resonance frequency 图 6. 共振容腔体积与滤波器耦合共振频率的关系