倾斜支撑悬臂和两端铰支输流管道的振动响应与分岔特性研究

发布时间：2017-09-21 19:45

  本文关键词：倾斜支撑悬臂和两端铰支输流管道的振动响应与分岔特性研究

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【摘要】：在现代工业,如航天、海洋、核电和化工等,输流管道具有非常广泛的应用,其工作的稳定性和可靠性直接影响其相关系统的运行。在庞大的管网中,多数管道都是水平或者竖直支撑的,但由于条件限制,也有一些采用倾斜支撑方式,且管道在架设过程中难免存在倾斜角度。因此,很有必要开展对倾斜支撑状态下输流管道的动力学特性分析,为管道的工程应用提供理论基础和应用参考。本文利用非线性振动理论和随机非线性动力学理论,分析了倾斜支撑条件下悬臂和两端铰支输流管道的振动响应特性与分岔现象,为工程应用中管道的布置和参数的选择提供重要依据,主要工作如下：1)对管道微元和流体微元进行受力平衡分析,建立了倾斜支撑条件下悬臂和两端铰支输流管道的振动微分方程,并且考虑了随机激励对输流管道的影响；2)在单参数对输流管道稳定性影响的研究基础上,讨论了双参数耦合作用对悬臂输流管道稳定性的影响,通过绘制对应的振动响应曲面,分析了管道振动响应特性,进而给出了管道振动的稳定性区域；3)通过绘制输流管道振动响应的相图、Poincare截面图和分岔图等,分析了倾斜支撑角度与重力参数耦合作用对管道振动响应的影响,发现了随支撑角度变化的分岔现象。此外,研究结果也表明,在一定倾斜支撑角度条件下,不同参数对输流管道振动响应的影响不同,且倾斜支撑输流管道的振动响应与水平／竖直支撑管道也存在差异；4)通过分析含分布和集中随机激励时输流管道的振动响应特征,讨论了这两种随机激励的中心频率、谱宽和作用位置等参数的变化对管道振动响应特性的影响,并总结对应的影响规律；5)通过对仿真和实验数据的对比分析,研究了不同壁厚和长径比管道振动模态变的化特点,进而给出两种参数对管道振动模态的影响规律；讨论了不同两相流激励对管道振动的影响,并对其振动响应的频谱特征进行了对比分析。
【关键词】：输流管道 倾斜支撑 振动模态 振动响应特性 分岔 随机激励
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH113.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 输流管道的研究进展11-15
• 1.2.1 输流管道模型分类11-12
• 1.2.2 梁模型输流管道的研究进展12-13
• 1.2.3 管道振动微分方程的求解方法13-15
• 1.3 本文工作及章节安排15-16
• 1.4 本章小结16-18
• 2 倾斜支撑输流管道振动的数学模型18-28
• 2.1 倾斜支撑悬臂输流管道振动的微分方程18-22
• 2.1.1 管道与流体微元的受力平衡分析19-21
• 2.1.2 运动方程的离散化方法21-22
• 2.2 倾斜支撑两端铰支管道振动的微分方程22-25
• 2.2.1 管道微元与流体为元的受力平衡分析22-24
• 2.2.2 运动方程的离散化方法24-25
• 2.3 随机激励的类型与遍历样本的模拟25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 竖直支撑悬臂输流管道振动的稳定性分析28-36
• 3.1 管道振动稳定性判别方法28-29
• 3.2 单参数对管道振动稳定性的影响29-30
• 3.3 双参数作用对管道振动稳定性的影响30-35
• 3.3.1 质量比与流速的耦合影响31-32
• 3.3.2 支撑刚度与流速的耦合影响32-34
• 3.3.3 支撑位置与流速的耦合影响34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 倾斜支撑条件下管道的振动响应特性分析36-46
• 4.1 支撑角度对悬臂输流管道振动响应的影响36-40
• 4.2 支撑角度对两端铰支输流管道振动响应的影响40-44
• 4.2.1 无运动约束时管道的振动响应特征41-43
• 4.2.2 含运动约束时管道的振动响应特征43-44
• 4.3 本章小结44-46
• 5 随机激励下输流管道的振动响应特性分析46-59
• 5.1 基础激励幅值的影响46-49
• 5.2 不同随机激励的影响49-51
• 5.3 随机激励耦合作用的影响51-53
• 5.4 随机激励中心频率与谱宽的影响53-57
• 5.4.1 中心频率的影响54-56
• 5.4.2 谱宽的影响56-57
• 5.5 本章小结57-59
• 6 管道振动模态与两相流激励下振动响应频谱的实验分析59-75
• 6.1 壁厚与长径比对管道振动模态的影响59-66
• 6.1.1 管道振动模态与壁厚的关系59-63
• 6.1.2 管道振动模态与长径比的关系63-64
• 6.1.3 管道模态实验验证64-66
• 6.2 两相流激励下管道振动响应的频谱分析66-73
• 6.2.1 无外激励时管道振动响应的频谱分析67-68
• 6.2.2 不同两相流激励对管道振动响应频谱的影响68-73
• 6.3 本章小结73-75
• 7 总结与展望75-78
• 7.1 工作总结75-77
• 7.2 工作展望77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士期间主要的研究成果及参加的项目82

【参考文献】

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1 焦宗夏;飞机液压能源管路系统的振动特性分析[J];北京航空航天大学学报;1997年03期

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本文编号：896514