输流管及管阵流致振动响应及稳定性研究

发布时间：2019-03-30 12:47

【摘要】：本文对于输流管及管阵流致振动相关问题进行了研究。主要包括：对输流管线性动力模型分别采用格林函数法和He变分迭代法研究了强迫振动和自由振动相关问题。随后,研究了脉动输流管在弹性地基上的非线性动力学机理,重点考查了系统各参数变化对系统动力学行为的影响。近一步研究了微曲脉动输流管的稳定性及非线性复杂响应。最后研究了在横向流作用下管阵中单弹性管在几种工况下的线性系统稳定性、非线性系统响应问题。本文具体研究工作如下：1、展示了一种研究输流管强迫振动的方法,即格林函数法,获得了输流管在几类齐次边界条件或弹性边界条件下的格林函数。采用格林函数法能够获得系统封闭形式的精确解,算例表明采用格林函数法分析输流管系统的固有频率及强迫振动是非常有效的。2、采用He变分迭迭代法(HVIM)研究输流管自由振动相关问题,获得了输流管在各种边界条件下的临界流速和固有频率。通过比较HVIM与DTM(微分变换法)的计算结果,证明HVIM和DTM具有同样高的精度,并给出了悬臂输流管和两端弹性支撑输流管随流速变化的模态。3、以弹性地基上输流管为研究对象,建立了非线性弹性地基上悬臂输流管在振荡流作用下的运动方程,应用Galerkin方法对系统偏微分方程进行离散处理。采用数值方法研究了平均流速、脉动幅值、脉动频率和地基剪切刚度等参数对系统动力学行为的影响。结果表明,在非线性弹性地基上输流管道表现出了丰富的动力学现象,如周期运动、拟周期运动、混沌运动。另外,地基剪切刚度对系统的周期运动和混沌有抑制作用,随着剪切刚度增大,系统从混沌状态演化到周期状态,直至稳态。4、以微曲输流管为研究对象,应用Hamilton原理建立了微曲脉动输流管的非线性运动控制方程。采用Galerkin方法把运动方程离散为低维的非线性常微分方程组。基于离散后的方程组,对系统进行了线性系统分析,考虑了初始变形幅度和流速对系统频率的影响。当脉动频率Ω≈ω1和Ω≈2ω1时,应用伪弧延拓法获得了系统的共振响应曲线。通过建立参数变化下系统的分岔图、相图和庞加莱映射图,分析系统的全局非线性动力行为。系统展现了丰富的动力学现象,如周期运动,拟周期运动,混沌运动。5、研究了横向流中具有非线性支承的细长圆柱的非线性力学行为。利用微分求积法将横向流中细长圆柱体的运动偏微分方程离散为常微分方程组。以分岔图、相平面图等分析手段考察了横向流速变化对系统响应的影响。结果表明,在所研究的系统中存在周期运动和混沌运动现象；微分求积法可以用来离散时滞动力系统的运动方程。6、以横向流方圆柱阵中的单根、两端带有一般约束的圆柱为研究对象。考虑圆柱的附加轴力及其对横向变形的影响,建立了系统动力学方程。分析了系统的线性稳定性及在不同参数条件下出现的复杂非线性行为。研究结果表明,系统的初始预应力,降低了圆柱的稳定性；当流速较小时,系统首先表现为周期运动；随着流速增大,系统进入拟周期运动,该系统未发生混沌运动。7、研究了细长圆柱体在热环境下的横向流致振动。应用Galerk in法将非线性运动控制偏微分方程离散为常微分方程组,首先分析了热载荷对系统临界流速的影响,然后采用数值方法得到了系统分岔区,及其在参数空间的分布情况。应用分岔图、相图对系统的运动性质进行了判定。系统随着参数的变化呈现周期运动,温度增加,系统发生颤振的临界速度减小。当温度载荷不变时,随流速增加,系统将产生极限环振动,周期1运动、拟周期运动和混沌运动。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O32

【相似文献】