具有刚性间隙约束输流管的碰撞振动

发布时间：2021-08-18 03:21

　　管道与间隙约束间的碰撞振动是工程输流管结构的一个重要动力学现象.迄今,人们通常采用光滑的非线性弹簧来模拟管道与间隙约束之间的碰撞力,但这种光滑的碰撞力无法真实反映碰撞前后管道状态向量的非光滑传递特征.本文基于非光滑理论建立了具有刚性间隙约束简支输流管的非线性碰撞振动模型,利用Galerkin法离散了无穷维的管道模型,并引入恢复系数构造了碰撞前后管道各处状态向量的传递矩阵,运用四阶龙格库塔法分析了脉动内流激励下管道与刚性间隙约束的非光滑碰撞振动现象,着重讨论了刚性间隙约束参数对管道动态响应随流速脉动频率变化的影响规律,特别是碰撞振动的周期性运动规律.研究结果表明,刚性约束间隙值对管道碰撞振动行为的影响较大,在某些脉动频率下管道会出现多周期和非周期性的运动形态,还可出现非光滑系统特有的黏滑现象.此外,碰撞恢复系数对管道振动的影响也比较显著,较小的恢复系数值更容易使管道在大范围脉动频率区间出现复杂的非周期碰撞振动. 

【文章来源】：力学学报. 2020,52(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

无间隙约束时管道中点位移随流速脉动频率变化的分岔图

从图2结果可知,当ω=10时管道的响应处于非周期运动状态,当ω=20时管道处于周期运动状态.因此,本文选择性地取这两种典型运动状态下的频率值来初步分析约束间隙对管道动力学响应的影响规律.典型的计算结果如图4所示,其中恢复系数r=0.9.图4 管道中点位移随间隙值变化的分岔图

图3 ω=14,R=0.8,d=0.035时管道单自由度系统的碰撞振动响应计算结果显示,当ω=10时,较小的间隙值会抑制管道原有的振动,此时管道可能粘连在刚性约束上;随着间隙值的增大管道可发生复杂的振动行为,故在分岔图中显示为密集的散点.当间隙值取为范围时,因管道位移最大值约为0.038,故管道与刚性约束之间的碰撞很弱或不再发生接触.当ω=20时,较小的间隙值如仍可使管道粘贴在刚性约束上而不出现振动;当间隙值在范围时,管道会发生复杂的振动行为,并在更大的间隙值时逐渐演化为周期1运动形态;在范围内,管道将维持周期1碰撞振动;当间隙值继续增大到范围时,因间隙值较大,管道将不再与刚性约束发生碰撞.上述列出的各种动力学现象表明,约束间隙值对管道的动态响应行为影响十分明显,较小的约束间隙值可抑制管道的振动,中等大小的间隙值会导致复杂的运动形态,较大的间隙值则不会发生碰撞.

【参考文献】：
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本文编号：3349084