温度场作用下悬臂输流碳纳米管的颤振失稳分析

以非局部弹性理论为基础,采用欧拉-伯努利梁模型,考虑碳纳米管的小尺度效应,应用哈密顿原理获得了温度场作用下的悬臂输流单层碳纳米管(SWCNT)的振动控制方程以及边界条件,依靠微分变换法(DTM法)对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了温度场中悬臂单层输流碳纳米管的振动与颤振失稳问题.结果表明:管内流体流速、温度场中温度变化情况与小尺度参数都会对系统振动频率以及颤振失稳临界流速产生影响.其中,小尺度效应将会降低悬臂输流系统的稳定性,使系统更为柔软;而高温场与低温场对系统动态失稳的影响不同,低温场中随温度变化值的增加,系统的稳定性提高;高温场这一作用效果恰好与之相反.     

温度场作用下输流悬臂碳纳米管的颤振失稳分析

以非局部弹性理论为基础,采用欧拉-伯努利梁模型,考虑碳纳米管的小尺度效应,应用哈密顿原理获得了温度场作用下的输流悬臂单层碳纳米管（SWCNT）的振动控制方程以及边界条件,依靠微分变换法（DTM法）对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了温度场中悬臂单层输流碳纳米管的振动与颤振失稳问题。结果表明：管内流体流速、温度场中温度变化情况与小尺度参数都会对系统振动频率以及颤振失稳临界流速产生影响。其中,小尺度效应将会降低悬臂输流系统的稳定性,使系统更为柔软;而高温场与低温场对系统动态失稳的影响不同,低温场中随温度变化值的增加,系统的稳定性提高;高温场这一作用效果恰好与之相反。     

多场作用下输流单层碳纳米管的动力学特性

以非局部弹性理论为基础,采用欧拉-伯努利梁模型,考虑管型区域内滑移边界条件以及碳纳米管的小尺度效应,应用哈密顿原理获得了温度场与轴向磁场共同作用下的输流单层固支碳纳米管（SWCNT）的振动控制方程以及边界条件,依靠微分变换法（DTM法）对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了多场中单层固支输流碳纳米管的振动与失稳问题。结果表明：温度场、轴向磁场强度、Knudsen数及小尺度参数都会对系统振动频率以及失稳临界流速产生影响。     

轴向流中悬臂柔性板流固耦合动力特性研究

论文从理论分析和实验研究两方面对轴向流中悬臂柔性板流固耦合动力特性作了研究.基于板的轴向不可延伸假设,采用Hamilton变分原理,推导了轴向流中悬臂板非线性运动偏微分方程,通过面元法计算悬臂板上下面压力差.采用伽辽金法离散该非线性运动偏微分方程,通过无量纲化物理参数,研究了系统无量纲颤振临界速度,给定流速下悬臂板末端响应时程曲线及板的振动响应,并与风洞模型实验结果进行了对比.研究结果表明,系统发生Hopf分叉,流体流速大于颤振临界速度时,悬臂板发生稳定的极限环颤振,悬臂板振幅、频率随流速的增加而增大.     

含集中质量悬臂输流管的稳定性与模态演化特性研究

本文主要研究通过调控集中质量对悬臂输流管稳定性和振动模态特性的影响规律,为输流管动力学性能的可控性提供理论指导和实验依据. 首先基于扩展的哈密顿原理,建立了含集中质量悬臂输流管的非线性动力学理论模型. 基于线性动力学特性分析,研究发现集中质量沿管道轴向位置变化对输流管发生颤振失稳的临界流速有重要影响.并通过伽辽金前四阶模态截断处理线性矩阵方程式,定性地分析了集中质量位置与质量比的变化对于输流管稳定性影响的变化.实验结果表明, 输流管的颤振失稳模态随集中质量位置的变化发生了转迁. 此外,基于动力学理论分析, 发现集中质量比值对失稳临界流速也有重要的影响,且主要取决于集中质量的安装位置. 基于非线性特性,进一步分析了集中质量对输流管振动幅值的影响. 实验和理论研究发现,集中质量位置从固定端向自由端变化时, 输流管振幅表现出先增大后减小趋势,且振动模态也从二阶转迁到三阶.本研究有望为输流管振动驱动应用提供理论支撑与指导意义.      

接地惯容式减振器对悬臂输流管稳定性和动态响应的影响研究

输流管道广泛应用于机械、航空、核电和石油等重要工程领域.为防止管道结构因流致振动破坏造成的损失, 很有必要对其稳定性、动力学响应及其调控进行深入研究.本文提出一种由惯容器、弹簧和阻尼器并联组成的减振器模型, 研究了这种接地惯容减振器对悬臂输流管稳定性和非线性振动的影响. 首先, 基于哈密顿原理给出了带有接地惯容减振器非保守系统的非线性动力学模型; 然后, 利用高阶伽辽金方法对非线性方程进行离散化; 最后, 分别从线性和非线性角度分析了不同减振器参数下输流管道的被动控制效果, 着重讨论了惯容系数和减振器安装位置对悬臂管稳定性和动态响应的影响机制.线性理论模型的研究结果显示, 接地惯容减振器可显著影响悬臂管的失稳临界流速, 故通过调节减振器参数能有效提高输流管道的稳定性;惯容系数和弹簧刚度对系统稳定性的控制效果还与减振器的安装位置密切相关.非线性理论模型的分析结果显示, 惯容系数和减振器位置对输流管的非线性动态响应也有显著影响, 且这种影响还依赖于管道的流速取值; 在某些参数条件下, 减振器还可使输流管道由周期运动演化为复杂的混沌行为. 本文研究结果表明, 通过设计合理的惯容式减振器参数, 可提升悬臂输流管道的稳定性并有效抑制其颤振幅值.      

分析弹性支承输流管道的失稳临界流速

研究了两端弹性支承输流管道静态失稳和动态失稳临界流速. 根据梁模型横向弯曲振动模态函数,由两端弹性支承的边界条件得到了其模态函数的一般表达式. 根据特征方程具体分析了弹性支承刚度、质量比、流体压力和管截面轴向力等主要参数对失稳临界流速的影响. 数值计算结果表明,管道在弹性支承下的动力稳定性比较复杂,在较小的弹性支承刚度和较小的参数范围内,管道主要表现为动态颤振失稳;在较大的弹性支承刚度和较大的参数作用下,管道的失稳形式主要表现为静态失稳;并且失稳临界流速随流体压力和管截面轴向压力的增加而下降,随管截面轴向拉力的增加而上升.     

悬臂输流管道的运动分岔现象和混沌运动

研究受约束悬臂输流管道的稳定性和运动分岔问题.在静态与动态失稳区域边界上的一个交叉点附近,用理论分析的方法详细研究了该系统可能发生的复杂运动和运动分岔现象.在动态失稳区域内发现了输流管道的概周期运动和由于概周期运动环面破裂而导致混沌的现象.理论分析结果与数值模拟结果相吻合.     

基于非局部效应和表面效应的输流碳纳米管稳定性分析

应用非局部黏弹性夹层梁模型分析双参数弹性介质中输送脉动流碳纳米管的稳定性. 新模型中同时考虑了由管道内、外壁上的薄表面层引起的表面弹性效应和表面残余应力,经典的欧拉梁模型因此通过引入非局部参数和表面参数得到了改进. 用平均法对其控制方程进行求解,得到了管道稳定性区域. 数值算例揭示了纳米材料的非局部效应、表面效应及两个弹性介质参数对管道固有频率、临界流速和动态稳定性的复杂影响,结论可为纳米流体机械的结构设计和振动分析提供理论基础.     

基于修正偶应力理论和微分变换法的输流微管自由振动

考虑黏性流体在微管道内作层流运动,给出了黏性流体在微圆管中的速度分布方程。利用修正偶应力理论和Euler梁模型建立细长微管模型,根据虚功原理推导输流微管流-固耦合振动方程,应用微分变换法计算微管道系统的固有频率。通过与有限差分法求解结果对比,证明微分变换法具有较高的精度。随后,研究了流体黏性、微管材料内禀特征尺寸和预应力对固有频率的影响。最后,分析了流体临界流速与预应力的关系。数值结果表明：在流体平均速度相同的条件下,考虑流体黏性时微管各阶固有频率偏低,并且平均速度越大,这一趋势越明显。     

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     

偏置磁场对磁致伸缩纵向导波换能器效能的影响研究

为提高磁致伸缩导波换能器的激励效能,本文研究了磁场结构参数对偏置磁场空间分布的影响。基于COMSOL有限元仿真平台,对磁致伸缩换能器磁场分布特性进行了数值计算,研究了磁路结构形式、磁路和永磁铁数量等对偏置磁场分布的影响,最后优化出适合纵向导波激励的磁场结构参数。检测实验结果表明,随着偏置磁场磁路数量的增加,偏置磁场强度增大,磁场径向均匀性更好,磁致伸缩换能器的效能也相应提高;在相同磁路数量的条件下,永磁体数量的改变对换能器效能影响较小,四磁路偏置磁场最优;轭铁中部增加永磁铁后的磁路结构的偏置磁场的轴向均匀性更高,其激励效能更好。     

The Effect of Magnetic Field Dependent Viscosity on Thermosolutal Convection in a Ferromagnetic Fluid Saturating a Porous Medium

The effect of magnetic field dependent viscosity on thermosolutal convection in a ferromagnetic fluid saturating a porous medium is considered for a fluid layer heated and soluted from below in the presence of uniform magnetic field. Using linearized stability theory and normal mode analysis, an exact solution is obtained for the case of two free boundaries. For case of stationary convection, medium permeability has a destabilizing effect, whereas a stable solute gradient and magnetic field dependent viscosity have a stabilizing effect on the system. In the absence of magnetic field dependent viscosity, the destabilizing effect of non-buoyancy magnetization is depicted but in the presence of magnetic field dependent viscosity non-buoyancy magnetization may have a destabilizing or stabilizing effect on the onset of instability. The critical wave number and the critical magnetic thermal Rayleigh number for the onset of instability are also determined numerically for sufficiently large values of buoyancy magnetization parameter M₁ and the results are depicted graphically. The principle of exchange of stabilities is found to hold true for the ferromagnetic fluid saturating a porous medium heated from below in the absence of stable solute gradient. The oscillatory modes are introduced due to the presence of the stable solute gradient, which were non-existent in its absence. A sufficient condition for the non-existence of overstability is also obtained. The paper also reaffirms the qualitative findings of earlier investigations which are, in fact, limiting cases of the present study.