多跨功能梯度输流管道流固耦合动力学特性与计算方法研究

发布时间：2022-02-20 09:44

　　现在,输流管道在工程各领域都有广泛的应用,而功能梯度材料也吸引了越来越多研究人员的关注。结合工程实际和未来发展方向,本文研究了黏弹性多跨功能梯度输流管道的振动与稳定性问题。首先利用牛顿法和哈密顿原理建立了黏弹性功能梯度输流管道的运动微分方程,然后采用有限元法、动刚度法、以及由回传射线矩阵法和波传播法复合而成的杂交法求解了黏弹性多跨功能梯度输流管道的固有频率、振型和振动响应,并将由本文方法计算的结果与有限元结果、实验结果和现有文献中的结果进行对比,验证本文分析方法的正确性。随后,分析体积分数函数、流体流速、流体压力、结构阻尼系数、材料的尺度参数、非局部参数以及多跨管道的支撑数目和支撑位置等参数对黏弹性多跨功能梯度输流管道自由振动和稳定性的影响。论文的主要研究内容以及得出的主要结论如下:1.采用幂函数描述功能梯度管道中力学性能的变化,并采用牛顿法以及适用于输流管道的哈密顿原理建立考虑流固耦合的黏弹性功能梯度输流管道的运动微分方程。采用有限元法和动刚度法求解了多跨功能梯度输流管道的固有频率和振型,并计算多跨输流管道在瞬态载荷作用下的位移响应。同时,分析流体流速、流体压力和体积分数指数对多跨功... 

【文章来源】：西北工业大学陕西省211工程院校985工程院校

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 结构流致振动简介
    1.2 输流管道流致振动简介
    1.3 功能梯度材料简介
    1.4 输流管道流致振动研究现状
        1.4.1 输流管道早期开创性工作
        1.4.2 国内输流管道研究现状
        1.4.3 任意多跨输流管道研究现状
        1.4.4 宏观功能梯度输流管道研究现状
        1.4.5 微纳米输流管道及功能梯度微纳米输流管道研究现状
        1.4.6 输流管道流致振动问题计算方法
    1.5 本文主要工作
第二章 黏弹性功能梯度输流管道力学性能与运动微分方程
    2.1 引言
    2.2 功能梯度管道力学性能
    2.3 功能梯度输流管道运动微分方程
        2.3.1 牛顿法推导功能梯度输流管道运动微分方程
        2.3.2 哈密顿原理推导功能梯度输流管道运动微分方程
    2.4 本章小结
第三章 动刚度法分析多跨功能梯度输流管道动力学行为
    3.1 引言
    3.2 功能梯度输流管道材料力学性能及运动微分方程
    3.3 动刚度法求解多跨功能梯度输流管道
    3.4 多跨功能梯度输流管道振动特性及振动响应
        3.4.1 方法验证
        3.4.2 多跨功能梯度输流管道振动特性及振动响应分析
    3.5 本章小结
第四章 杂交法分析黏弹性多跨功能梯度输流管道的自由振动及稳定性
    4.1 引言
    4.2 黏弹性功能梯度输流管道材料力学性能及运动微分方程
    4.3 杂交法求解多跨黏弹性功能梯度输流管道
        4.3.1 回传射线矩阵法
        4.3.2 波传播法
        4.3.3 杂交法
    4.4 杂交法方法验证
        4.4.1 实验验证
        4.4.2 现有文献算例验证
    4.5 多跨黏弹性功能梯度输流管道的自由振动与稳定性分析
    4.6 本章小结
第五章 多种体积分数函数的多跨功能梯度输流管道自由振动及稳定性对比
    5.1 引言
    5.2 多种体积分数函数的功能梯度管道力学性能
    5.3 功能梯度输流管道运动微分方程
    5.4 多种体积分数函数的多跨功能梯度输流管道振动特性分析
    5.5 本章小结
第六章 基于修正耦应力理论的多跨功能梯度微米输流管道自由振动和稳定性分析
    6.1 引言
    6.2 功能梯度微米管道力学性能
    6.3 数学模型
        6.3.1 修正的耦应力理论
        6.3.2 功能梯度微米输流管道运动微分方程
    6.4 杂交法求解多跨功能梯度微米输流管道
    6.5 多跨功能梯度微米输流管道的自由振动及稳定性分析
        6.5.1 算例验证
        6.5.2 多跨功能梯度微米输流管道自由振动和稳定性分析
    6.6 本章小结
第七章 基于非局部弹性理论的功能梯度纳米输流管道自由振动和稳定性分析
    7.1 引言
    7.2 功能梯度纳米管道的材料力学性能
    7.3 数学模型
        7.3.1 功能梯度纳米管道的非局部弹性理论
        7.3.2 功能梯度纳米输流管道运动微分方程
    7.4 杂交法分析多跨功能梯度纳米输流管道
    7.5 多跨功能梯度纳米输流管道振动及稳定性分析
        7.5.1 算例验证
        7.5.2 多跨功能梯度纳米输流管道自由振动和稳定性分析
    7.6 本章小结
第八章 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
    1.以第一作者发表论文
    2.参与的科研项目
    3.专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]输液管道附加支承刚度优化设计[J]. 王栋,李正浩,任建亭.  计算力学学报. 2016(06)
[2]FREE VIBRATION ANALYSIS OF FLUID-CONVEYING CARBON NANOTUBE VIA WAVE METHOD[J]. Zijun Zhang,Yongshou Liu,Baohui Li.  Acta Mechanica Solida Sinica. 2014(06)
[3]基于动强度可靠性的输流管道动力优化设计[J]. 翟红波,刘永寿,李宝辉,吴子燕,岳珠峰.  西北工业大学学报. 2011(06)
[4]含裂纹悬臂输流管道颤振分析[J]. 叶献辉,蔡逢春,臧峰刚,张毅雄.  振动与冲击. 2011(09)
[5]输液管振动与稳定性研究的新进展:从宏观尺度到微纳米尺度[J]. 王琳,匡友弟,黄玉盈,倪樵.  固体力学学报. 2010(05)
[6]功能梯度材料与结构的若干力学问题研究进展[J]. 仲政,吴林志,陈伟球.  力学进展. 2010(05)
[7]输液管道颤振失稳的时滞控制[J]. 齐欢欢,徐鉴.  振动工程学报. 2009(06)
[8]固定约束松动对输流管道稳定性和临界流速的影响[J]. 金基铎,杨晓东,张宇飞.  振动与冲击. 2009(06)
[9]复杂约束管道固有频率的快速算法[J]. 杨天智,方勃,杨晓东,王日新,王立国.  哈尔滨工业大学学报. 2007(05)
[10]GDQR法用于输流曲管的流致振动研究[J]. 王琳,倪樵,黄玉盈.  动力学与控制学报. 2005(01)

博士论文
[1]细长结构的流致振动及其俘能研究[D]. 代胡亮.华中科技大学 2014
[2]输流碳纳米管的动力学行为研究[D]. 甄亚欣.哈尔滨工业大学 2012
[3]回传射线矩阵法的理论及其应用[D]. 郭永强.浙江大学 2008
[4]输流管道的稳定性、分岔与混沌行为研究[D]. 王琳.华中科技大学 2006

硕士论文
[1]多跨输流管道振动特性研究[D]. 刘海欣.西安工业大学 2014
[2]多跨输流管道的稳定性分析[D]. 黄锦涛.华中科技大学 2011



本文编号：3634780