两端弹性支承输流管道固有特性研究

输流管道广泛应用于航天航空、石油化工、海洋等重要的工程领域, 其振动特性尤其是系统固有特性一直是国内外学者研究的热点问题. 本文研究了两端弹性支承输流管道横向振动的固有特性, 尤其是在非对称弹性支承下的系统固有特性. 使用哈密顿原理得到了输流管道的控制方程及边界条件, 通过复模态法得到了静态管道的模态函数, 以其作为伽辽金法的势函数和权函数对线性派生系统控制方程进行截断处理. 分析了两端对称支承刚度、两端非对称支承刚度、管道长度以及流体质量比对系统固有频率的影响规律, 重点讨论了管道两端可能形成的非对称支承条件下固有频率的变化规律. 结果表明, 较大的对称支承刚度下管道的第一阶固有频率下降较快; 当管道两端支承刚度变化时, 管道的各阶固有频率在两端支承刚度相等时取得最值; 对于两端非对称支承的管道而言, 两端支承刚度越接近, 第一阶固有频率下降的越快, 而且相应的临界流速越小; 流体的流速越大, 其对两端非对称弹簧支承的管道固有频率的影响更为明显.      

弹性支承输液管道的临界流速

建立了求解输液管道临界流速的新方法，该方法把奇异函数与傅立叶级数相结合，将此问题转换成的实矩阵的二次特征值问题。本方法可用于任意弹性支承的输液管道，支承位置可在两端也可在两端之间。     

固—液耦合Timoshenko管道的稳定性分析

根据Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理的固－液耦合振同分方程用幂级数法计算了Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ管道的固有频率和临界流速。给出了管道前三阶固有频率－流速的关系曲线,分析了转动惯量对该输流管道的稳定特性的影响。计算结果表明,转动一对两端简支的固－液合Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ管道的静力失稳没有影响,但对其频率特性和动力失稳有影响。     

大型多支承变刚度回转窑支承载荷分配问题

回转窑是冶金、水泥、耐火材料生产中的核心设备,是一种重载、大扭矩、多支点、静不定运行系统,由于其载荷和刚度分布复杂、各支承存在偏移,作用在它托轮上的支承载荷分配严重不均。本文针对回转窑载荷和刚度分布的特点,建立支承载荷求解的力学模型和线性方程组,导出支承载荷分配与支承偏差的关系式;用该方法对现场回转窑进行计算,得出该窑支承载荷分配的线性公式和一些分析结论,为生产中回转窑的状态分析、优化调控提供依据。     

输液曲管平面内振动的波动方法研究

采用Flügge曲粱模拟弯曲管道,推导了管内流体的加速度,在总体轴线不可伸长假定的基础上建立了曲管平面内振动的动力学方程;采用波动方法,获得了曲管内振动波的传播和反射矩阵,提出了计算曲管平面内振动固有频率的数值方法.算例分析中,通过计算两端固定半圆形曲管的临界流速并与已有文献结果对比,验证了论文方法的正确性.最后,计算了两端固定半圆形曲管在四种不同流速下的前四阶固有频率,结果表明,管内流速的增大会降低管道的固有频率,当流速增大到某一特定值时,管道的一阶固有频率消失.     

硅微静电加速度计的支承刚度特性

静电加速度计通过降低带宽和量程在空间微重力环境下可以实现极高的分辨率。设计了一种采用玻璃-硅-玻璃"三明治"结构、平行六面体状检验质量、体硅加工工艺的三轴硅微静电加速度计,推导并讨论了静电支承回路的典型刚度特性与控制参数之间的关系式。采用基于DSP的数字控制器,实现了敏感质量的六自由度稳定支承,在大气环境下测试了静电支承回路的主要性能。分析与测试结果表明,在支承系统频带内,支承刚度特性与控制器参数及气膜阻尼系数密切相关;同时,改变预载电压可以在较大范围内在线调整加速度计的量程和支承刚度等指标。     

非线性低刚度两点挠性支承系统的力学性能分析

飞行器、高速转子系统等复杂工程装备部组件,采用低刚度挠性支承的力学性能对于装备的可靠性和安全性非常关键。考虑两点挠性支承刚性杆的平面内运动,建立了系统静、动力学平衡方程,系统分析了惯性过载和基础激励作用下支承挠性及其非线性引起的静、动力学性能。研究表明:支承挠性影响系统的稳健性;不稳健系统静、动力学响应分散性增大,振动幅-频响应中出现多解共存引起的跳跃和毛刺、低频显著放大、刚度强化非线性系统共振频率随激励幅值增大而降低的"逆向软化"现象等一些特殊的非线性特性。这些发现为复杂工程装备部组件支承连接设计提供了新的认识。     

充液管道系统的模态分析

考虑管道与液体之间的泊松耦合与连接耦合,推导了低频情况下的充液直管轴向、横向振动传递矩阵与弯管单元的传递矩阵,引入了弯管弯曲因子.对一“L”形充液管系进行了研究,使用ANSYS有限元分析软件与传递矩阵法计算了两种边界条件下充液、充气管系的模态频率与模态振型.结果表明,气体与管道之间的耦合作用对管系模态的影响可忽略;而对充液管系而言,固液耦合作用不能忽略.     

充液弯管连续/离散模型振动的动刚度解法

由充液弯管三维振动模型切入,应用动刚度法构建了弯管及直管单元的振动求解方法,进而用于组装求解充液管系的振动,可同时适用于含弯管单元的连续模型或只含直管单元的离散模型;通过算例对比,证明动刚度法比传递矩阵法和有限元法在计算效率和精度上有所提升;与充液L型管道振动实验测得的加速度频响曲线对比,验证了本文对于管道组装的计算方法的有效性,此外还分析了连续模型和离散模型的区别及适用范围。     

弹性介质中输流微管道的热弹性振动分析

研究热环境中被弹性介质包围的微米输流管道的横向振动问题. 根据Hamilton 原理及非线性热弹性理论建立管道横向振动控制方程,并利用复模态法对其进行求解,得到了系统的固有频率和屈曲失稳临界流速,讨论了环境温度和一些重要系统参数对管道振动特性的影响. 研究结果表明:环境温度变化、管道和流体的微尺度效应、管道外径及弹性介质刚度对输流微管道固有频率和临界流速都有很大影响.     

Dynamic Stability of a Fluid-Coveying Cantilevered Pipe on an Additional Combined Support

Based on an analytical study, a numerical analysis is made of the dynamic stability of a cantilevered steel pipe conveying a fluid. The pipe is modeled by a beam restrained at the left end and supported by a special device (a rotational elastic restraint plus a Q-apparatus) at the right end. The numerical analysis reveals that the critical velocity of the fluid depends on the governing parameters of the problem such as the ratio of the fluid mass to the pipe mass per unit length and the rotational elastic constant at the right end     

随机变刚度电磁支撑-转子-轴承系统不定动力参数实验识别

识别出随机变刚度电磁支撑-转子-轴承系统的不定动力参数是实验研究随机支撑刚度参数转子动力学问题的前提。为此,基于Riccati传递矩阵法的相关理论和计算程序,结合电磁支撑-转子-轴承系统各种工况下的一阶固有频率实测值,对转子系统的不定动力参数进行了识别,给出转轴轴套、联轴器等附件对转子刚度加强作用的具体数值,以及滑动轴承的支撑刚度和扭转刚度参数值。将这些数据代入到转子动力学理论模型中,得到相同工况下两测点振型幅值比值的理论值,并与实验值进行了比较。结果表明:各测点振型幅值比值的理论值和实验值之间的偏差小于5%,说明转子系统不定动力参数识别结果的精度和准确度完全满足实验研究的要求。     

管道流固耦合振动的行波方法研究

应用波动方法分析载流管道流固耦合振动问题。采用直梁模型，推导了管道流固耦合系统的轴向、横向波导方程及平面管系的坐标转换矩阵，通过节点位移连续和力平衡条件建立了耦合系统的散射模型。最终分析了两种耦合对载流管道振动的影响机理及流速变化对管道振动稳定性的影响。数值算例表明本文方法的正确性及有效性。     

浸没边界-简化热格子Boltzmann方法研究及其应用

针对流固耦合传热问题,本文提出了一种基于浸没边界-简化热格子玻尔兹曼方法(immersed boundary method-simplified thermal lattice Boltzmann method,IB-STLBM)的耦合模型.不同于传统的格子玻尔兹曼方法使用分布函数演化流场和温度场,简化热格子玻尔兹曼方法(simplified thermal lattice Boltzmann method,STLBM)的演化过程不需要依赖分布函数,只涉及平衡态分布函数和非平衡态分布函数,能够直接演化宏观量,极大减小了计算过程中所占用的虚拟内存,简化了边界条件的实现方式,同时具有较高的稳定性.传统的浸没边界法对流场的计算采用欧拉网格,对固体边界采用拉格朗日网格,认为固体边界是对流场产生某种体积力.在应用浸没边界法时,汲取介观的思想,把固体的介入看作是对流场的干扰,打破了固体附近流体介观微团颗粒原始的平衡状态,这种干扰可以看作是在耦合边界上产生的一个非平衡项,可用非平衡态分布函数来表示.基于此,在模型中浸没边界法与简化热格子玻尔兹曼方法更紧密联系在一起,更大程度发挥二者的优点,整个计算过程更加简单直观,符合物理特性.通过对热圆柱绕流和内含热颗粒的封闭方腔自然对流问题的模拟以及对其结果的分析,验证了该算法在求解流固耦合传热问题的有效性和可行性.     

圆筒内旋转细长管与流体界面耦合的数值方法

圆筒内旋转细长管是石油钻采工程中特有结构,细长管不仅与圆筒发生碰撞接触,还与管内流体和管外环空流体耦合,是一个复杂的非线性流固耦合系统。细长管固体域离散成梁单元,采用非线性碰撞接触动力学方程描述;管内外流体离散成六面体单元,采用计算流体动力学方程描述,在耦合界面处用任意拉格朗日欧拉法动网格来处理运动界面。根据梁单元位移...     

Nonlinear Dynamics of Mechanical Systems Under Complicated Forcing

This paper considers the problem of simple linear mechanical oscillators forced by complicated forcing functions, such as those induced by fluids or humans. Such problems arise in civil engineering in the design of bridges, grandstands and towers. The paper questions whether low dimensional models have much to contribute to the understanding of such problems, given the complicated possibilities of high-dimensional forcing.     

Effect of Inhomogeneity on the Stress in Pipes

The purpose of this paper is to investigate the influence of elastic inhomogeneity on the elastic field in solid circular cylinders, pipes, and also in a solid of infinite extent surrounding an internally pressurized cavity. The motivation for this research stems from recent interest in the use of laser technology and the vapor deposition of thin layers onto the surfaces of pipes. The present analysis extends previous treatments insofar as a more general form for the spatial variation of Young's modulus is used. An estimate for the optimal functional gradient within a pressurized pipe is presented.     

钢管支架结点转动刚度的测定方法

本文提供钢管支架中固定式之直角和件连接结点转动刚度的实测方法及理论依据。从而创造了对整个钢管支架系统建立切合实际的力学模型,进行定时分析的前提条件。     

垂直提升管道输送过程流固耦合分析

以垂直提升管道的下管道支撑点为研究对象,用有限元方法对固液两相流输送过程中的流固耦合作用进行应力与位移计算。建立了管道和流体有限元模型,利用ADINA-FSI流固耦合模块进行求解;针对不同启动时间、不同约束条件、不同输送浓度、不同输送速度工况下管道铰接点的应力和位移进行分析。结果表明:随着两相流输送浓度和速度的增加,管道应力和位移也相应地增加;启动时间越短,管道应力和位移也越大;柔性连接时管道铰接点应力和位移远大于固接时的应力和位移。