输水管道流固耦合振动数值计算

采用特征线法对输水管道流固耦合振动响应进行数值计算,管道的运动采用4-方程模型描述。研究管道分段时所采用的波速对数值计算结果的影响,以及管道结构阻尼对系统响应的影响。结果表明:采用特征线法求解输水管道系统流固耦合振动响应时,应采用最小波速对管道分段;管道的结构阻尼对系统响应的影响大于液体与管道之间的摩擦阻尼,可以使系统的振动快速衰减。     

磁性液体阻尼减振器的实验研究

针对要求结构紧凑和能量耗散较小的场合,提出一种新的磁性液体阻尼减振器。这种减振器利用了磁性液体的独特性质,依靠液体的粘性阻尼耗散能量,是一种新型的吸振装置。利用基于弹性悬臂梁的减振实验,研究多种实验参数对这种减振器加于悬臂梁后减振效果的影响。实验结果表明,磁性液体阻尼减振器在实验中所有频率上对悬臂梁的振动都具有减振作用,而且同一减振器在小于1Hz的振动频率范围内减振效果最好;实验中同种结构参数的减振器当使用饱和磁化强度为27.01kA/m的磁性液体时达到了最好的减振效果;此外,磁性液体阻尼减振器对弹性悬臂梁的减振作用分别随着其中永磁体半径和永磁体孔半径的增大而增大,而且永磁体与外壳间有一最佳间隙,使其在其它参数相同时对悬臂梁的减振作用达到最大。     

非线性弹簧支承悬臂输液管道的分岔与混沌分析

研究悬臂输液管道系统在自激励、参数激励和外激励联合作用下的非线性动力学行为,揭示系统运动的规律。建立了非线性弹簧支承悬臂输液管道的运动微分方程,以线性弹簧支承条件下悬臂梁的固有频率和振型函数作为近似,采用李兹-伽辽金方法对非线性运动微分方程进行离散化,经过数值计算,利用分岔图、相图和功率谱图分析系统的非线性动力学响应,得到了流体平均流速和流体与管道质量比对系统周期运动和混沌运动的影响规律。研究结果表明,当流体平均流速较小时,系统的响应首先表现为周期运动,随着流体平均流速的增大,系统的响应通过系列倍周期分岔而进入混沌运动,又经由系列倍周期倒分岔转化为周期运动。随着流体与管道质量比的减小,系统出现混沌运动的临界流体平均流速值减小,这说明通过改变流体与管道质量比参数可以控制系统的振动形态。     

薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的振动特性分析

摘要：为深入研究薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的运动特性,应用Donnell简化壳理论,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的影响,建立了薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的非线性振动方程。基于Galerkin方法将偏微分方程转化为方便求解的常微分方程,利用多尺度法求解了系统主共振的一次近似解,得到了系统稳态响应的转迁集与分岔图,并通过奇异性分析,得到了系统工作稳定性和可靠性的结构参数区域。对薄壁圆柱壳在流体作用下的振动特性进行了数值模拟和实验研究,考察了阻尼系数、脉动频率、液体深度等对系统动力学特性的影响。研究表明,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的非线性振动方程更能体现薄壁圆柱壳在流体脉动激励下完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为。     

电磁-碰撞复合阻尼系统减振性能研究

提出了一种新型电磁-碰撞复合阻尼减振方法,通过理论推导,建立振动系统在复合阻尼作用下的振动力学模型。通过实验,分别测得相同初始位移激励下振动系统的自由振动、加碰撞阻尼的振动以及加电磁-碰撞复合阻尼的振动曲线。实验验证了复合阻尼系统减振效果和理论计算的正确性。实验结果表明:与自由振动相比较,加碰撞阻尼和加电磁-碰撞复合阻尼能够加快减小振动系统振动的振幅,其中电磁-碰撞复合阻尼的减振效果最明显。最后利用理论模型得到了不同结构参数对复合阻尼系统减振效果的影响规律,并对复合阻尼系统进行了参数优化设计。     

基于复阻尼理论的流固耦合地震时程响应研究

在粘滞阻尼系统的地震动力学方程基础上,建立了基于应力相关复阻尼理论的流固耦合地震动力学方程。根据复阻尼系统求解理论,利用Newmark-β积分法,编制了Rayleigh阻尼和复阻尼模型的流固耦合三维有限元程序。以深水薄壁钢管墩柱为例,计算了两种阻尼模型的流固耦合地震时程响应和复阻尼模型的损耗因子;对比分析了无水和有水两种工况下的动力响应,并研究了此两种阻尼模型地震响应的差异。研究表明,在加速度峰值为2m/s2的El-Centro波作用下,应力相关复阻尼方法计算的结构震动响应数值远大于传统的Rayleigh阻尼模型,考虑流固耦合效应时,结构的震动响应是不考虑此效应时的1.5～2倍多;损耗因子随着位移的增大而增大,并且考虑流固耦合效应时的损耗因子明显大于不考虑此效应的损耗因子值。     

正交面齿轮传动非线性振动特性分析

以正交面齿轮传动系统为研究对象,建立了包含时变啮合刚度、啮合阻尼、齿面误差、齿面摩擦、齿侧间隙、轴承间隙等因素的弯-扭耦合非线性动力学模型,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法对系统的无量纲动力学微分方程组进行求解。计算结果表明：在不同转速时系统会出现单周期非谐响应、多周期次谐响应、拟周期响应及混沌响应,并伴随着跳跃现象;随着负载转矩的增大,系统响应呈现混沌-多周期次谐-单周期非谐的变化趋势,轻载时齿轮副易出现单边和双边冲击现象,当载荷增大到一定程度后齿轮副处于无冲击状态;摩擦系数较小时,对系统非线性振动特性影响不大,当其逐渐增大时,系统运动状态由单周期经倍周期分叉进入混沌运动     

分数阶Ver Del Pol-Duffing系统的非线性动力学行为分析

利用分数导数本构模型模拟系统的阻尼特性,构造了分数阶Ver Del Pol-Duffing系统,探讨了系统的动力特性随特征参数的变化规律。分析发现：该非线性振子具有与经典Ver Del Pol系统相似的自激振动特性,但其非线性强弱受分数导数阶值以及阻尼系数和非线性大位移系数的影响;在简谐荷载作用下,随着外荷载幅值的增大或阻尼系数的减小,系统由拟周期振动变为周期三振动最后发展为单周期振动;在地震荷载作用下,分数导数阶值的变化能改变系统的输出能量。     

TBM液压管道等效固有频率及稳定性研究

针对TBM掘进过程中产生的基础振动对液压长管道稳定性的影响,选取长管道相邻两固定支承及其之间的管道作为一个单元,建立基础振动下管道单元的非线性微分方程,并通过实验验证振动微分方程的正确性,运用等价线性化推导出管道的等效固有频率的数学模型。研究输流管道系统固有频率与稳定性的相关性,分别讨论流体参数和结构参数对等效固有频率的影响规律。结果表明:利用等效固有频率能很好地反映系统的稳定性,两者相关系数大于0.85。随着流速、压力及单元管长、内径的增大或刚度、壁厚的减小,管道系统的等效固有频率降低,系统稳定性降低;随着基础振动的增大,系统等效固有频率越低,越容易失稳。     

基于分段解析法的智能弹簧隔振系统基础激励响应分析

建立了基于智能弹簧的无阻尼消极隔振系统模型,将干摩擦引起的非光滑动力系统分段线性化,用接缝法求得系统响应的解析解,并对系统可能存在的粘滑振动响应过程进行了分析。通过数值分析,研究了一组结构参数下,系统在滑移起始频率附近的运动特性随工作频率的变化情况。结果表明,在系统的滑移区域,系统响应曲线有较大的畸变,且具有丰富的运动特性,包含单周期响应、多周期亚谐响应、超谐响应、拟周期响应以及混沌响应;在系统滑移区域外,系统维持粘滞状态,基本弹簧与主动弹簧刚性联接,系统运动状态为多周期与非周期运动;通过调整压电陶瓷作动器的控制电压,智能弹簧隔振系统可实现以刚度和阻尼的组合形式减小振动能量的传递。     

非金属阻尼与挠性接管在管路减振中的作用

本文应用管路振动试验测试结论 ,证明在管路中非金属阻尼结构与挠性接管具有数量相当的减振效果。并在此基础之上对管路振动控制设计提出几点建议 ,希望能起到抛砖引玉的作用。     

平面周期管系对轴向波与弯曲波的隔离特性

管路的振动小仅造成噪声污染,而且造成机器设备的损坏.将声子晶体布拉格带隙原理引入到管壁的结构设计中,将管壁设计成沿轴向交替排列的周期复合结构,采用传递矩阵法,计算此周期弯管中轴向波及弯曲波的传输特性,同时用MSC有限元软件验证了传递矩阵法计算的正确性.研究表明平面周期管路存在弯曲振动、轴向振动带隙特性,在带隙频率范围内,对相应的振动波传播具有很强的衰减作用.进一步,研究材料阻尼比对管路振动特性的影响.     

无限介质包围的充液管道中导波的频散特性

利用波传播方法从理论上分析了无限介质包围的充液管道中导波的频散特性。基于经典的薄壳振动理论,求出了不同传输路径中的波数表达式,并利用数值方法对振动方程进行解析研究,分析管道参数和无限介质对导波频散特性的影响。结果表明,管道厚径比、管壁厚度、无限介质和管壁材料与导波频散密切相关。其中管道厚径比和管壁材料对流体主导波（s1波）频散的影响更大,管壁厚度和无限介质对管壁压缩波（s2波）频散的影响更大。通过仿真证实了无限介质对s2波频散的影响比对s1波更大。研究结果对于地埋管道的漏损检测具有一定的参考意义。     

周期附加质量充液管路减振特性研究

以充液管路振动控制为目标研究周期附加质量的新型声子晶体管路振动传播特性。利用传递矩阵法建立周期附加质量充液管路带隙理论模型,深入分析影响带隙特性关键因素,包括附加质量尺寸、安装位置及材料阻尼。数值计算表明,声子晶体管路存在低频振动带隙可有效抑制振动传播,且设计方法简单、操作方便、减振效果明显,以期为充液管路减振设计提供新思路。     

约束阻尼管动态特性分析方法与应用

建立具有支撑功能的减振约束阻尼管的力学模型,采用解析分析得到该类型阻尼管位移、动刚度和损耗因子等关于各项几何及物理参数的表达式。通过计算发现,阻尼胶填充长度对元件的损耗因子有比较显著的影响,在给定的结构参数条件下,存在最优填充长度。为阻尼管结构设计提供了快速、简便的优化设计方法。     

埋地管道漏损检测的声传播特性研究

地下管道漏损的准确定位问题一直是困扰世界范围内供水系统和市政建设的难题。管道漏损不仅会浪费大量的资源,而且还会造成严重的事故以及环境污染。针对埋地管道这样一个典型的土-管-液三相耦合问题,将管道周围土壤做弹性体考虑,对弹性介质中充液管道的声传播特性进行了解析研究。推导了低频域周向波数n=0的轴对称管道振动耦合方程,通过数值方法分别得到了流体波(s=1)和壳体压缩波(s=2)的复波数解。结果显示,管外土介质会使管道流体波波数减少(也即加快波的传播速度),而对壳体压缩波的传播影响较小。由于管-土作用产生的能量辐射,在整个研究频段s=1波和s=2波都有较大的衰减。研究结果可为埋地管道漏损的精确检测提供理论支持。     

柴油机管道系统全主动吸振技术实验研究

针对柴油机管道振动的特点与规律,建立基于梳状滤波器的频域自适应控制器,形成频域自适应控制全主动吸振技术。在模拟管道台架上对此项技术减振性能进行实验研究,结果表明该技术具有良好的减振效果。     

含圆周非贯穿裂纹悬臂管道的振动分析与裂纹识别

摘 要：根据线性断裂力学理论和应变能释放原理,推导了含圆周非贯穿裂纹管道在轴力、剪力和弯矩等荷载作用下的局部柔度系数方程,利用适应性Simpson方法编写了数值积分程序进行局部柔度系数求解,建立了含裂纹管道的二维有限元模型进行含裂纹悬臂管道的振动特性分析,应用等值线图原理进行了悬臂管道的裂纹识别。研究结果表明：本文裂纹模型克服了当前裂纹模型仅针对特定的荷载模式或非空心截面的缺陷,基于等值线图法能有效识别含裂纹悬臂管道的裂纹位置、深度。     

含非贯穿直裂纹管道的振动特性分析

摘 要：根据线性断裂力学理论和应变能释放原理,推导了管道在轴力、剪力和弯矩等荷载作用下由非贯穿直裂纹引入的附加局部柔度,利用适应性Simpson数值积分编写了局部柔度计算程序,克服了当前方法仅针对特定的荷载模式或非空心截面的缺陷,通过与Naniwadekar等人试验结果进行对比验证本文局部柔度系数的合理性。建立了裂纹管结构的有限元模型,对悬臂裂纹管和简支裂纹管的自由振动特性进行了分析。研究结果表明：裂纹位置、裂纹深度对裂纹管类结构的自振频率影响明显。