非守恒粘弹性输流管道系统的动力分析

从线粘弹性微分型本构方程的一般表达式出发，建立了粘弹性输流管道的Hamilton原理，并据此推导出粘弹性输流管道的固-液耦合振动微分方程。用归一化幂级数法具体地计算了非守恒Maxwell模型粘弹性悬臂管道系统的颤振临界流速和临界自振频率，给出了第一、二、三阶模态的复频率曲线(Argand 图)，并对该管道的动力特性和稳定性进行了讨论。计算结果表明，松弛时间对粘弹性悬臂管道的动力稳定性有着显著的影响。     

水平管内栓流空气输送的数值解析

在水平管内的高浓度粒子空气输送常采用波状栓流输送方式。本文对此输送过程进行数值计算理论的研究，以气体的连续方程和运动方程在高速电子计算机上，以特性曲线法求解双曲形联立一次偏微分方程组，通过对逐个栓流进行追踪，定性地了水平管内栓流输送的诸状态参数。     

输液管道动态稳定性研究

将输液动力管道简化为梁模型,建立管道的侧向振动微分方程,研究管道的动力特性。采用Herm ite插值函数和Galerkin法离散得到其有限元的标准形式。在有阻尼和无阻尼两种状态下,分别研究了当管内流为恒定流时管道长度、管内流速、管道终端压强对管道动力特性的影响。在管内流速度和管道终端压强含有谐波扰动的情况下,得到管道固有频率的变化规律。研究表明,跨距增加、流速变大、压力上升都会降低管道的固有频率,增加管道失稳的可能。这些管道动力参数的获得对管道跨距的合理设计、支撑阻尼处理、管道稳定性的提高具有实际意义     

点弹性支承粘弹性杆的动力稳定性

利用Lagrange方程推导了在轴向周期压载作用下点弹性支承粘弹性杆的运动微分方程,并由动力稳定理论给出了杆的临界频率方程和动力不稳定边界。计算结果表明,对Kelvin模型粘弹性杆来说,粘性系数与点弹性支承处的弹簧刚度对杆的动力稳定性有显著影响,但当粘性系数小于某个量级时,可将该粘弹性杆的动力稳定性问题按弹性杆处理。     

输流管道参数共振的试验研究

利用试验的方法研究两端固定输流管道在脉动内流作用时的参数共振特性,建立了一套输流管道试验系统,可以在定常流、脉动流和支承运动等情况下对悬臂、两端固定和两端铰支等多种边界条件的管道进行振动试验,同时给出了一些重要参数的有效测量方法。在对两端固定管道的试验中,重点观察和分析了第1振型1/2次谐波参数共振,并用试验的方法确定了相应的参数共振区域。将其与理论共振区域进行对比,二者在定性上得到了较好的吻合。     

微小重力下直线流粉粒体垂直空气输送研究

微小重力下直线流粉粒体空气输送是为了研究一种在太空中可行的材料输送方式。本研究中的数值仿真结果表明,在太空中采用管道空气输送能够最大限度地减小压力损失从而提高能源利用率;另外,对于不同种类的被输送物质,都可以根据该材料自身的性质,找到合适的输送条件,既能够最大限度地减小动力,又不会因动力不足出现无法输送的情况且不至于使物质在输送过程中发生损坏。     

基于增量谐波平衡法的两端固定输流管参数共振

应用增量谐波平衡法(Incremental harmonic balance method,IHB方法)研究两端固定输流管在脉动流激励下的参数共振问题。分析离散化后的运动微分方程,得到管道一阶次谐波参数共振的幅-频响应曲线,讨论系统参数对失稳临界频率的影响。比较IHB方法与数值模拟方法得到的管道振幅,二者吻合得很好。典型算例表明,对于具有强非线性的流-固耦合系统,IHB方法是精确有效的半解析研究方法。     

两端固定输流管道的参数共振实验

将非接触式测振方法引入到输流管道的参数共振问题的实验研究。首先,通过激光测振技术获取了实验管道中部在脉动流激励下的振动信息;其次,通过确定管道振动频谱图中1/2倍频出现和消失时对应的激励频率,并在多组测试结果的基础上拟合出了管道第一振型1/2次谐波参数共振区域,且实验结果与利用平均法计算得到的理论结果定性一致;最后,对实验结果的误差成因进行了较深入地分析。得到如下结论：在一定平均流速下,两端固定管道在适当脉动幅值和脉动频率下可以发生参数共振现象,且参数共振区域的位置与流速关系较大;管道实际发生参数共振的范围要大于理论计算结果,这可能与选用平均法进行理论计算有关。     

一端固定具有中间支承输流管道临界流速及稳定性分析

将微分求积法应用到5个边界条件下一端固定具有中间简支支承输流管道的横向振动问题研究中.基于输流管道的运动微分方程及边界条件,采用微分求积法进行离散化,获得由输流管道动力方程组及边界条件合成的矩阵表达形式.求解管道在不同中间支承位置处失稳时的临界流速.分析管道的失稳形式并发现在管道上存在一个特殊的位置ξl,逐渐增大流体流速到失稳临界值,当中间支承位置ξb<ξl时,管道先发生颤振失稳,而当中间支承位置ξb>ξl时,管道先发生发散失稳.研究发现输流管道的这个特殊位置随着管道材料与流体质量比的变化而不同,质量比越大,特殊位置ξl越靠近固定端.最后,讨论输流管道的质量比及轴向预紧力对发散、颤振失稳临界流速的影响.     

基于能量法的超前支护-立柱动态稳定性分析

超前支护装备是用于综掘巷道的临时支护设备,为提高超前支护工作稳定性和优化结构,对其进行动态稳定性分析,建立超前支护设备主要承载元件-立柱的动力学模型,并建立参数振动微分方程,得到其动力稳定区域和动力不稳定区域,运用能量法对立柱的稳定性进行分析,为以后超前支护设备动力稳定性的判据提供了依据。     

Bending-torsional instability of a viscoelastic cantilevered pipe conveying pulsating fluid with an inclined terminal nozzle

In the present study, dynamic stability of a viscoelastic cantilevered pipe conveying fluid which fluctuates harmonically about a mean flow velocity is considered; while the fluid flow is exhausted through an inclined end nozzle. The Euler-Bernoulli beam theory is used to model the pipe and fluid flow effects are modelled as a distributed load along the pipe which contains the inertia, Coriolis, centrifugal and induced pulsating fluid flow forces. Moreover, the end nozzle is modelled as a follower force which couples bending vibrations with torsional ones. The extended Hamilton's principle and the Galerkin method are used to derive the bending-torsional equations of motion. The coupled equations of motion are solved using Runge-Kutta algorithm with adaptive time step and the instability boundary is determined using the Floquet theory. Numerical results present effects of some parameters such as fluid flow fluctuation, bending-to-torsional rigidity ratio, nozzle inclination angle, nozzle mass and viscoelastic material on the stability margin of the system and some conclusions are drawn.     

具有可移动弹性支承输流管道的稳定性分析

研究了具有可移动弹性支承的输流管道的稳定性问题。建立了分段表示的运动微分方程以及弹性支承处的连续条件和边界条件,采用有限差分法导出了复特征方程,分析了弹性支承处的弹性常数、支承位置对输流管道振动频率和稳定性的影响,给出了稳定性区域图,指出了发散和颤振区域。     

弹性支承输流管道的动力学特性

研究两端弹性支承输流管道横向振动的动力学特性。根据梁模型横向弯曲振动模态函数,由两端弹性支承的边界条件得到其模态函数的一般表达式。根据特征方程具体分析弹性支承刚度、质量比、流体压力和流速、管截面轴向力等主要参数对管道固有特性及失稳临界流速的影响。数值计算结果表明,管道固有频率随弹性支承刚度、管截面轴向拉力的增加而增大,随流体流速、流体压强和管截面轴向压力的增加而下降;静态失稳临界流速则随弹性支承刚度、流体压强、管截面轴向压力的增加而下降,随管截面轴向拉力的增加而上升。     

Dynamic response of rotating flexible cantilever pipe conveying fluid with tip mass

In this study the vibration system is consisted of a rotating cantilever pipe conveying fluid and a tip mass. The equation of motion is derived by using the Lagrange's equation. Also, the equation of motion is derived applying a modeling method that employs hybrid deformation variables. The influences of the rotating angular velocity and the velocity of fluid flow on the dynamic behavior of a cantilever pipe are studied by the numerical method. The effects of a tip mass on the dynamic behavior of a rotating cantilever pipe are also studied. The influences of a tip mass, the velocity of fluid, the angular velocity of a cantilever pipe and the coupling of these factors on the dynamic behavior of a cantilever pipe are analytically clarified. The natural frequencies of a cantilever pipe conveying fluid are proportional to the angular velocity of the pipe and a tip mass in both axial direction and lateral direction.     

Winkler地基上输流管道的临界流速分析

应用Galerkin法和复模态法研究Winkler弹性地基上两端铰支输流管道的临界流速问题。将系统偏微分控制方程进行Galerkin离散后,根据系统静态失稳条件求得临界流速,并利用复模态法对偏微分控制方程直接求解加以验证。结果表明:较低阶Galerkin法只适用于弱刚性地基情况,而当地基刚性比较强时,采用较高阶Galerkin法才能得到精确的结果。研究同时发现,临界流速只与地基刚度及管道轴向预紧力有关,而管道黏弹性系数及质量比等参数不会影响临界流速。     

实验分析两端支承管道的参数共振

用实验方法研究了一端固定、一端铰支输流管道在脉动内流作用下的参数共振问题。对实验管道在几种不同的平均流速下做了多次重复实验,获得了第一振型1／2次谐波参数共振相关实验数据。实验结果表明：当平均流速达到一定值时,一端固定、一端铰支管道在一定的脉动流振幅和脉动频率下会产生第一振型1／2次谐波参数共振;脉动流振幅越大,发生参数共振的频率范围也越大,当脉动流振幅小于一定值时,不再发生参数共振;平均流速越大,发生参数共振所需要的脉动流频率就越小,即低频脉动时平均流速越大管道越容易失稳。实验结果与理论分析结果是一致的。对可能引起定量误差的原因进行了较详细的分析。     

两端铰支输流管道振动的独立模态空间控制研究

研究了脉动内流作用下两端铰支输流管道的振动控制问题.采用压电片作为控制执行元件,推导了受控系统的运动方程,设计了独立模态空间最优控制器,并通过数值仿真,验证控制器的有效性.     

悬臂输送管道流-固耦合动力学系统的直接解法

根据变分原理导出了输送管道(流—固耦合问题)自由振动的变分方程,采用直接解法求出了输送管道自由振动的固有频率和极限流速。