GDQR法用于输流曲管的流致振动研究

将广义微分求积法(GDQR)用于分析输流曲管的流致振动问题,这是一个新的尝试．基于输流曲管的面内振动微分方程,利用GDQR法使曲管系统在空间域上得以离散化,从而获得了输流曲管的动力学方程组．数值算例中,计算得到了输流曲管在几种典型边界条件下的固有频率以及曲管发生失稳的临界流速等,这些计算结果与前人的解析解结果吻合较好．此外,还给出了两端固定输流曲管典型的动力响应行为．研究表明,GDQR法极易处理输流曲管这一类动力学模型,精度令人满意,进一步的研究可望推广到输流管道的非线性振动分析中．     

旋转Timoshenko输流管道的固有频率和稳定性分析

基于Timoshenko梁模型,本文研究了旋转输流管道在自由振动状态下的流固耦合振动特性.考虑流体压力、重力、初始轴应力作用,基于Hamilton原理和欧拉角转换,推导得到了旋转Timoshenko输流管道的偏微分方程.根据Galerkin截断法将运动方程进行离散,通过求解系统的特征方程即可得到输流管一阶复频率的实部和虚部,实部代表固有频率,虚部代表能量变化.在流速较高时,研究发现必须考虑4阶及以上Galerkin截断,才能得到稳定的结果.通过与EulerBernoulli梁模型对比,验证了本文的结果正确性.研究发现针对短粗型管道,Timoshenko梁模型更加精确.此外研究了多种参数对旋转Timoshenko输流管道固有频率和振动稳定性的影响.研究结果表明质量比、流速、剪切系数对Timoshenko输流管道流固耦合振动的稳定性影响显著,而转动惯量、重力、流体压力和初始轴应力在一定程度上也会影响管道振动的频率和稳定性.转速的出现将管道频率分为两个量值,但转速并不影响系统能量变化.     

具有环状运动约束的悬臂输流管道的非线性振动特征

本文对具有环状运动约束的悬臂输流管道的空间弯曲振动进行研究,目的在于考察约束刚度系数、约束放置位置对管道的两类周期运动(包括平面周期运动和空间周期运动)及其稳定性的影响规律.首先,在已有文献的基础上,将运动约束对管道的作用模拟成非线性立方弹簧模,得出振动方程.其次,运用Galerkin方法将振动方程离散成常微分方程组,结合基于中心流形—范式理论的投影法与平均法,给出了决定系统定性动力学性质的相关系数(包括临界特征值随流速的变化率及非线性共振项),取模态截断数为6,在几组约束刚度值和约束位置处计算了上述系数,据此考察了运动约束对管道的周期运动的影响,总结出了如下结论：在约束位置取定时增加约束刚度,或在约束刚度取定时增大约束位置至管的固定端的距离,均会使得管道的稳定平面周期运动对应的质量比区间减小,稳定空间周期运动对应的质量比区间增大;约束位置距管的固定端越远,约束刚度的变化对管道动力学行为的影响越明显.最后,对上述通过投影法和平均法得出的结论,本文在特定的质量比处数值求解了原振动方程的6模态Galerkin离散化方程,绘制了位形图、相图和Poincaré映射图,计算了频率,从而验证了相关的分析.     

两端带有弹簧支撑的轴向运动梁振动分析

研究外部激励下,两端带有弹簧支撑的轴向运动梁的横向振动.运用广义哈密顿原理,推导得到运动梁的控制方程.通过数值方法研究系统的固有频率和模态,解析分析得到轴向运动梁的临界速度表达式并考虑弹簧刚度对临界速度的影响.发现临界速度随弹簧刚度增大而收敛于某一值.运用Galerkin截断法数值研究两端带有弹簧支撑的轴向运动梁的稳态幅频响应曲线,并通过计算力传递率来研究系统的隔振效果.发现力传递率在高频外激励下存在多个峰值.     

输浆管道液—固两相流静电场特性研究

利用有限元方法建立了输浆管道内液-固两相流(矿浆)的静电场模型,以检测灵敏度为媒介,对液-固两相流的软场特性进行深入研究,分析了矿浆的流速、固体颗粒大小、结垢、浓度对软场特性的影响,得出了如下结论:在矿浆流速越低、矿浆固体颗粒越大和结垢层越厚时,灵敏度分布越不均匀;矿浆浓度的变化越大,对灵敏度影响越大。这一结论为输浆管道液-固两相流的可视化检测提供了技术支撑。     

给定流约束多状态装置系统可靠性分析决策

从实际工程背景出发，建立了给定流约束多状态装置系统，并提出了该系统可靠性分析决策过程中的一种有效算法。仿真实例说明了该算法的有效性，达到了快速有效控制系统的目的。     

基于泄流孔的管道内检测器运动状态分析

检测器在管道内依靠输送介质的压差产生动力,从而驱动其行走完成壁面腐蚀缺陷的扫描检测,检测器在管内的运动状态会直接影响到检测数据有效性。检测器速度一般采用泄流孔的方式控制,泄流孔的设计和检测器运动机理建模研究检测器运动状态的关键。本文采用流体力学的方法建立了检测器在管道中运动时的流场分析模型,分析了当原油以相对内检测器1.5 m/s流速通过不同结构泄流孔时的流场变化情况,结果表明单孔渐扩型泄流孔周围流场状态更加稳定,更有利于内检测器运动状态的稳定。建立了当内检测器采用单孔渐扩型泄流孔时的运动机理模型,对内检测器所受驱动力和摩擦阻力进行深入分析,得到了泄流孔开度和内检测器运动速度之间的特性关系曲线,为实现内检测器运动速度控制打下了理论基础。     

2种止回阀对长输管道振动特性影响研究

为了研究不同止回阀的执行效果,分别在装有弹簧被动式止回阀和液压主动式止回阀的试验系统进行振动试验,研究管道时域信号及频域信号的规律,比较2种止回阀在管道中作用时对管道振动强度的影响。试验结果表明,液压主动式止回阀能够更明显地降低管道振动强度,该结论为确定合理的管道输送参数提供了依据。     

基于位移约束方法的铺设管道应力数值计算

登陆段管道铺设时可采用从铺管船至岸边的底拖法铺设海底管道,管道的应力计算为安全施工提供重要保障。本文采用ABAQUS软件建立了该类铺管施工的数值模型,利用位移约束形式模拟了管道和辊轴、管道和海床的相互作用,避免了采用接触模拟相互作用而导致收敛问题,计算了管道的应力,为管道强度校核奠定基础。     

点和边有容量约束的网络最大流新算法

针对目前网络最大流算法存在的问题,研究一种适应性更广的新算法。定义了有向路径和残量网络的概念,依据可行流分解定理,引入人工智能中搜索的方法,以邻接矩阵为网络数据存储结构,提出条件约束下的网络最大流新算法。最后,通过实例进行了算法测试和比较。算法测试表明：点和边有容量约束的网络最大流新算法是完全可行和有效的。     

用能量法分析体外预压力对简支梁动力性能的二阶效应

精细地考虑了体外筋变形中的二阶项,用能量法推导了体外预应力梁的自振频率,阐明了体外预压力对梁自振频率的效应.计算结果表明:体外预压力压缩软化效应的影响系数,主要取决于转向座的数量.无转向座时,体外筋偏心距损失为最大,影响系数为1,体外预压力的效应与外轴力的效应相同.随着转向座数量的增加,偏心距损失减小,体外筋接近于无粘结筋,影响系数降低至接近于0,即接近于无粘结筋预压力的零效应.当梁转向座的数量≥2时,由于影响系数显著地小于1,可以忽略体外预压力的压缩软化效应.随着体外筋面积和偏心距的增加,梁的第1自振频率增大.不过,体外筋对其他阶自振频率的影响很小,可以忽略.     

变流速输液管的周期和混沌振动

研究了参数激励和外激励联合作用下输流管道的非线性振动问题．只考虑管道变形的几何非线性因素,利用Hamilton原理得到单侧受简谐均布载荷作用下输液管的非线性动力学方程,对系统运动偏微分方程综合运用多尺度法和Galerkin离散方法,得到了主参数共振-1／2亚谐共振和1：2内共振情况下的平均方程．数值模拟结果表明参数激励和外激励联合作用下的悬臂输液管呈现周期运动、多倍周期运动和混沌运动的变化规律．     

用微分求积法分析输液管道的非线性动力学行为

将微分求积法(Differential Quadrature Method,简称DQM)应用于输液管道的非线性动力学分析,采用此法研究了受非线性约束输液管道的分岔现象和混沌运动问题.从悬臂输液管道模型出发,利用微分求积法形成管道的动力学方程.以分岔图、相平面图、时间历程图和Poincare映射等分析手段考察了系统参数(管内流速)变化对管道振动形态的影响.结果表明,在所研究的系统中存在出现倍周期分岔现象和混沌运动的参数区域,这与前人的研究成果具有一致性.这为一类结构的非线性动力响应问题提供了一种新的研究思路.     

含表面裂纹简支梁的非线性振动分析

对含表面裂纹简支梁在大幅振动下的几何非线性进行了理论分析,从建立了梁的非线性振动的半解析解.用Rayleigh方法将振型函数表示为线性模型振型函数的组合,建立了梁非线性振动的第一阶振型函数的显式表达式,数值模拟计算了不同的裂纹深度和给定不同第一函数系数a1对梁最大位移的影响.建立的显式方程简单,易于工程应用.     

环境阻尼作用下Kelvin-Voigt型输流曲管的混沌运动

考虑环境阻尼因素的影响,研究了具有运动约束作用Kelvin-Voigt型输流曲管的混沌运动现象．数值仿真表明,输流曲管系统在某些参数取值时具有混沌运动的可能,管道材料的粘弹性系数和环境阻尼等因素对曲管的动力响应产生较大的影响．这些结论可为工程管道系统的铺设与设计提供参考．     

充液箱位置对航天器耦合特性影响分析

分析了液体非线性晃动时充液箱位置对带弹性帆板充液航天器刚-液-弹之间耦合特性的影响.假设耦合系统绕系统质心做俯仰运动,首先采用已推导的刚-液-弹耦合系统俯仰运动非线性动力学方程组,得到系统固有频率,给出固有频率简单近似解析表达式,分析充液箱位置对系统各阶固有频率的影响.随后应用多尺度法对耦合系统液体一阶主共振进行解析分析,发现充液箱位置是决定幅频曲线软、硬特性转换点的重要参数.给定外激励力矩时,不同充液箱位置稳态解对应多解现象,并随着激励频率改变,稳态解幅值随充液箱位置的变化曲线发生分岔.     

基于有限差分法的端部约束同轴圆柱壳的流致失稳分析

本文基于经典壳体和理想势流理论建立圆柱壳流固耦合系统的运动方程,并引入有限差分法(FDM)对运动方程进行离散.为将壳体表面的扰动压力离散到差分网格节点,基于差分离散的原理,提出了以分段函数作为基函数的展开方法.本文对结构与压力控制方程均采用FDM方法进行求解,发展了一种基于FDM的同轴圆柱壳流固耦合求解策略.首先,利用本文方法计算了同轴圆柱壳在静态流体环境中的振动频率,并与有限元软件(ANSYS)的计算结果相比较,验证了本文方法的正确性；然后,探究了在静流体环境中同轴圆柱壳的结构参数变化对其振动频率的影响规律；最后,研究了同轴圆柱壳系统在运动流体环境中的流弹失稳问题.