叠层板状结构流致振动特性研究

将管道理论引入叠层板状结构的流致振动研究,在势流理论下,基于输流管道的哈密顿原理,建立叠层板状结构的流致振动模型,用微分求积法对模型的运动方程进行求解,研究系统零流速状态的固有频率和模态,运用特征值分析与响应分析结合的方法,确定系统失稳的临界流速与形式。结果表明,悬臂支承模型发生颤振失稳;两端固支模型发生屈曲失稳。     

板状结构流致振动的研究

采用二维不可压缩无粘流体模型，探讨了板状结构的流致振动问题。发现板在两端简支、中点联结松动时，结构首先出现屈曲失稳，而不会发生颤振失稳。求得了具体结构参数情况下的第一阶屈曲临界流速，计算了结构参数变化对临界流速的影响。     

输流管道在分布随从力作用下的振动和稳定性

以Pflüger柱模型和普通输流管道模型为基础,建立了在流动流体和分布随从力共同作用下管道的运动微分方程,并采用Galerkin法进行离散。通过特征值分析,得到了发生发散失稳的临界流速计算公式,以及不同参数下系统复频率随流速的变化曲线。通过Runge-Kutta数值积分法对离散方程组求解,得到了不同参数下管道的位移时程曲线和相图。计算结果表明:分布随从力作用下输流管道发生发散失稳的无量纲临界流速与质量比无关,发生颤振失稳的无量纲临界流速随质量比的增大略微提高;随着分布随从力的增大,发生发散失稳和颤振失稳的临界流速均明显降低;随着质量比的增大,发生发散失稳时管道的位移随时间增加变快,流致振动的振幅增大。在无分布随从力作用和不考虑流体流动两种特殊情况下,所得结果与已有研究一致。     

含裂纹悬臂输流管道颤振分析

基于适用于含非材料体（non-material volumes）系统的Lagrange方程,采用由无裂纹悬臂梁的模态函数加入分段立方多项式构造的裂纹梁的模态函数,推导出了含裂纹的悬臂输流管道的线性运动方程,最后用Matlab编程进行了数值计算,研究裂纹参数对悬臂输流管道动力特性和颤振特性的影响。结果表明：当固支端附近出现裂纹时,输流管道的颤振临界流速将减小,越靠近固支端,颤振临界流速减小的越多。且随着裂纹深度增加颤振临界流速降低的更加明显。但裂纹离固支端一定位置后时,裂纹的出现将会增大管道的临界流速。另外,裂纹的出现还将导致悬臂输流管道颤振阶数的改变。     

叠层板型燃料堆芯元件模型的流固耦合振动

叠层板状结构是新型核反应堆设计中所采用的一种堆芯元件，具有结构合理、比功率高和传热性能好等显著特点。提出了单梁与多梁对接的力学模型，以干模态振型函数序列作为试函数对复模态振型方程进行变分求解，研究了叠层板状元件在湿模态下的固有频率与振型，发现叠层板状结构的流致振动具有复模态特性，文中初步找到一些规律性的结果，为设计和安全分析提供一些有用的方法和数据。     

GDQR求解弹性地基上输流管道的稳定性

用广义微分求积法（GDQR）研究了弹性地基上输流管道的稳定性问题。基于输流管道运动微分方程及边界条件,采用GDQR进行离散化,获得由动力方程组及边界条件合成的特征值矩阵方程。通过对相应特征值方程的具体分析,计算了左端固定、右端弹性支承下输流管道的发散失稳流速和颤振失稳流速,研究了临界失稳流速和稳定区域随两端支撑弹簧刚度、扭转弹簧刚度的变化情况,分析了质量比、双参数模型地基反力系数和剪切模量对输流管道稳定区域图的影响,得到了一些有益的结论。研究结论对于工程实践有一定的指导意义。     

端部约束悬臂输流管道的分岔与混沌响应

研究悬臂端受到线性弹簧支承和扭转弹簧约束的约束悬臂输流管道在自激-参数激励-外激励联合激励作用下的非线性动力学特性,分析系统在平均流速、流速脉动幅值和基础激励下出现周期和混沌运动响应的参数条件,揭示其通向混沌的途径,探寻各参数对输流管道振动响应的影响,为输流管道的振动控制提供依据.数值仿真结果表明,随着平均流速、流速脉动幅值、基础激励幅值和质量比的不同,管道系统分别呈现周期、概周期、阵发性和混沌运动多种响应形式,系统通过倍周期分岔或阵发性进入混沌,通过倍周期倒分岔脱离混沌.     

考虑流体附加质量的输流管道振动特性分析

针对管内流体激励(flow-induced vibrations,FIV)引起的结构振动问题,考虑单向流固耦合作用,通过引入附加质量分析内流流速对结构振动特性的影响。以两端固定支撑输流直管作为研究对象,利用数值方法模拟不同流速下管内的流动状态,获取流体压力系数、湍动能及管道结构位移响应。基于单向耦合振动机理,建立管道流固耦合附加质量模型,采用FEM方法展开结构模态分析,计算流体作用于结构的附加质量和固有频率。数值仿真结果表明:内部流体流速对管道结构振动有较强的耦合作用,流速增加使得耦合附加质量增大,且存在临界流速使管道发生静态屈曲失稳现象。与经验公式对比,该计算结果在10%的误差范围内能更准确地反映流体对结构振动的单向耦合作用。因此,提出的方法能够应用于单向耦合振动问题分析,并为研究流固耦合对结构动力特征影响等管内流动的FIV问题提供思路。     

输流管道的流体诱发振动稳定性分析

考虑内、外部流体的联合作用,研究输流管道的流体诱发振动稳定性。将外部流体的作用简化为涡激升力,利用Kane方法建立输流管道的二维非线性涡激振动方程。将动力学方程在平衡位置附近线性化,进行输流管道的稳定性分析。探讨不同内外流流速、外部流体的粘滞力系数、管道跨度以及内外流联合作用对管道稳定性的影响。研究结果表明,非线性涡激振动模型更真实地反映输流管道的流体诱发振动稳定性,在内流和管道跨度的影响下,发生耦合模态颤振现象;外部流体粘滞力系数的变化对管道的动力特性有明显的影响;在内外部流体的联合作用下管道的振动特性与各因素单独作用时明显不同。     

汽轮机可倾瓦颤振引发低频振荡问题研究

建立流固耦合动力学仿真分析模型,对可倾轴承上出现的一种与油膜失稳很相似的低频不稳定振动问题进行研究。将可倾瓦块视为可以沿着支点上下移动以及绕着支点摆动的两自由度系统。采用有限差分法求解Reynolds方程得到油膜厚度动态变化情况下瓦块间隙内油膜压力分布,将其合力和合力矩反作用到瓦块上改变瓦块运动。仿真结果得到了试验证实。研究表明,在一定情况下瓦块颤振会引发低频不稳定振动。分析了瓦块间隙、转速等因素对瓦块颤振的影响,比较了瓦块颤振与油膜失稳之间的差别。     

航空输流管道动力学的非参模型研究

针对航空工业中管道上卡箍支承的不确定性,采用适用于系统误差的非参法,对输流管道进行建模、仿真并预测管道振动特性。将输流直管上卡箍简化为简支和扭转弹簧,采用尺度为3,阶数为4的区间样条小波有限元离散管道振动微分方程,将卡箍所影响的系统刚度矩阵视为不确定性,以非参法生成随机模型。通过数值结果对比,对于频率响应曲线,非参模型的可信区间完美包含均值模型;随着频率的增大,不确定性对高阶频率影响越大;对于频率随流速变化曲线,非参模型的可信区间完美地包含均值模型,随着流速的增大,不确定性对每阶频率的实部影响越来越小,而对虚部影响越来越大,且不确定性对发散和颤振失稳没有影响。     

轴力和水压作用下深水输液管道湿模态振动特性分析

采用Love-Timoshenko理论和Helmholtz方程建立了轴力和水压作用下原油-管道-海水耦合模型,计算得到了深水输液管道壳振动周向模态的固有频率。通过文献对比,验证了该计算结果的准确性。通过不同工况管道固有频率对比,发现湿模态分析具有不可替代性,原油、海水的存在会降低管道壳振动固有频率,但不会影响管道弹性失稳的临界压力,原油恒定流速的影响可以忽略不计。通过耦合模型参数影响分析,发现边界条件和长径比对高周向模态频率影响较小,而对低周向模态频率影响较大,特别是基频。轴向拉力会小幅降低管道固有频率,进而小幅降低管道弹性失稳临界压力。水压会大幅降低管道固有频率,甚至引发结构失稳。因此,在深水输液管道湿模态周向振动特性分析中轴力和水压作用应加以重视。     

基于弯扭耦合理论的颤振频率计算方法

首先,该文基于颤振研究的频率重合理论,对两组悬臂壳体结构进行了弯扭耦合模态的颤振规律研究,提出一种简便的颤振频率预估方法,并进行了两组模型校检。第一组模型控制均质梯形薄板掠角作为单一变量,对颤振模态与耦合模态进行了规律性研究,并对颤振频率计算方法进行试算,为带掠角的梯形翼颤振参数初选提供了参考。第二组模型以单向铺层结构的矩形悬臂薄板的铺层角度作为基本变量,给出颤振方向性对颤振参数的影响规律,同时也检验了复合材料薄板的颤振频率预算结果,为复合材料机翼设计提供相应参考依据。     

两端弹性支承输流管道的稳定性分析

本文对两端采用线弹簧和扭转弹簧支承的输流管道的稳定性进行了理论研究,讨论了支承刚度对管道动态特性的影响。定常流情况下的结果表明,一个系统是保守的,还是非保守的主要取决于支承弹簧刚度的比值。文中还发现了高阶模态耦合颤振失稳等弹性支承管道系统的一些新特性。在周期性脉动流情况下,文中以Болотин方法确定了参变共振失稳区域的边界。     

具有轴向流道的柔性悬臂梁亚临界流速范围内冲击振动响应研究

针对冲击载荷作用下具有轴向流道的柔性悬臂梁流固耦合问题,建立了系统的耦合动力学方程。基于动态Hopf 分岔判定定理,对该系统线性化扰动方程的Jacobi 系数矩阵特征多项式进行了计算,在理论上确定了系统振颤失稳时的临界流速,并通过数值计算模拟了系统的颤振失稳现象。分析了亚临界流速范围内,冲击载荷作用下柔性梁的衰减振动响应,结果显示流体流速V的变化对衰减振动的幅值、持续时间和频率都有显著的影响,在0相似文献   

微尺度输流管道考虑热效应的流固耦合振动分析

研究热环境中输送微流体的微尺度管道流固耦合振动问题。根据线性热弹性理论建立系统振动控制方程,并利用复模态法对其进行求解,得到了系统的固有频率和屈曲失稳临界流速,讨论了温度变化、微尺度效应及管道壁厚对系统振动特性的影响。研究结果表明：提高环境温度会降低系统的固有频率和临界流速;管道和流体的微尺度效应分别会使临界流速升高和降低,但微流体的这种影响会随着温度的升高而逐渐减弱并最终消失;管壁较薄（外径接近微尺度特征尺寸）时,壁厚的变化对固有频率的影响很大,而管壁较厚时,温度变化对固有频率的影响更为明显。     

基于能量有限元法的损伤充液管道振动分析

管道结构在服役期间会出现各种形式的损伤,其结构动力学参数和能量传播形式也会随之产生一定的变化,根据充液管道的动力学方程,推导得到了充液管道振动的能量平衡方程和能量有限元方程。分别采用能量有限元法和有限元法对充液管道的能量密度进行了计算和对比,验证了能量有限元法求解充液管道振动响应的准确性。在此基础上建立了基于能量密度变化和能量流变化的两个损伤指标,讨论了单元受损后的刚度变化和阻尼变化对能量流指标的影响,算例表明基于能量流变化的指标能够有效地识别充液管道结构的损伤部位。研究为基于能量有限元法预报充液管道的振动和基于该方法识别输流管道的损伤提供了理论基础。     

端部约束悬臂输流管道的动力学特性

根据梁模型横向弯曲振动模态函数一般表达式,由边界约束条件确定其模态函数的一般表达式,采用Galerkin法将运动方程在模态空间内展开,利用动力学分析方法,分析端部受线性弹簧支承和扭转弹簧约束的端部约束悬臂管道从非保守系统逐渐变为保守系统过程中的固有特性和稳定性。数值仿真结果表明,这种特殊边界输流管道具有复杂变化的动力学特性,支承和约束刚度系数的变化对系统固有特性和稳定性产生很大的影响:随着弹簧刚度的增大,系统的固有频率上升,管道失稳方式从颤振变为屈曲,并且影响系统其他参数对管道动力学特性的作用。     

混凝土泵车臂架系统振动机理的研究

结合悬臂输液管流固耦合理论,建立泵车臂架结构与混凝土的流固耦合动力学方程,从流固耦合的角度分析混凝土泵车臂架振动问题。通过试验测试获得混凝土脉动流速图以及仿真边界条件。采用Newmark-β法求解动力学方程,仿真分析了混凝土流动为脉动和常速流时臂架振动响应,发现振动位移响应基本吻合,说明脉动流速对臂架结构应力历程影响较小;仿真分析转台振动为零振动时,混凝土脉动和常速流时臂架振动响应,发现泵送油缸导致的车体振动激扰是臂架振动的主要因素,在臂架系统振动研究时应重点考虑。     

复杂约束三维功能梯度输流管道稳定性和临界流速分析

针对输流管道在恶劣的动力学环境所受到多方向载荷所引起的管道结构失效或破坏等问题,提出一种新型三维功能梯度材料构造输流管道来提升管道的载荷忍耐力。基于欧拉伯努利梁理论,考虑流体和管道的耦合关系,利用哈密顿变分原理建立复杂约束下三维功能梯度输流管道的运动微分方程。利用微分求积法求解,分析流体流速提升所引起的三维功能梯度输流管道振动的固有频率变化,当第一阶固有频率首次降低为0系统失稳,所对应的流体流速被确定为系统的临界流速。研究复杂约束线性和扭转弹簧刚度、轴向、径向和环向功能梯度指数等物理参数对输流管道振动频率和临界流速的影响。研究结果表明：当流速较小时,增加轴向功能梯度指数和降低径向和环向功能梯度指数会降低系统的基频和提高系统的临界流速;而当流速较大时,系统的基频随着三维功能梯度指数的变化会展现相反的趋势。增大三维功能梯度指数能降低系统的第二阶固有频率。这说明通过调节复杂约束和三维功能梯度参数能够实现对输流管道稳定性的调控。