传递矩阵法分析约束悬臂裂纹管道失稳临界流速

研究了自由端受线性弹簧支承和扭转弹簧约束的悬臂输流管道在含有圆周非贯穿裂纹时的失稳临界流速;根据梁模型模态函数的一般表达式和裂纹处的关联式以及传递矩阵法推导出含裂纹梁的模态函数;根据特征方程具体分析了裂纹位置、裂纹深度、裂纹圆周角等参数对系统失稳临界流速的影响,并进行了数值仿真分析。结果表明:由于裂纹的存在,系统的失稳临界流速下降,动态失稳临界流速下降的速率和幅值均比静态失稳临界流速下的大;临界流速与裂纹位置、深度和裂纹圆周角等参数密切相关,特别是对颤振失稳临界流速的影响更明显,在裂纹位置、裂纹非贯穿圆周角、裂纹深度等参数影响下,管道的失稳形态将从屈曲失稳转变为颤振失稳。     

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。     

支承运动激励下两端固定输流管道的混沌运动

本文研究了两端固定输流管道在其支承简谐运动激励下的混沌运动。运用相平面图、Lyapunov指数、Poincare映射以及运动时间历程等数值分析技术考察了流体流速和激振频率变化对管道运动的影响。结果表明,在所研究的系统中存在包括混沌运动在内的多种复杂运动的参数区域,而且发现有三条通向混沌运动的途径。     

微分求积法分析具有弹性支承输液管的临界流速

将微分求积方法推广到分析输液管的临界流速,这是一个新的尝试,与其它数值方法相比,该法极易处理具有弹性边界的输液管,另外,由于避免了一系列数值积分的计算,且最终须求解的方程的阶数较低,故计算量较少,精度令人满意,在此基础上,本文还研究了各参数对临界流速的影响。     

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.     

三参量固体模型粘弹性输流管道的动力特性分析

推导了三参量固体模型粘弹性输流管道的振动微分方程,计算了在不同无量纲松弛系数和弹性常数比下管道的无量纲临界流速和无量纲自振复频率,并给出了前三阶复频率与流速的关系.计算结果表明,质量比、无量纲松弛系数及无量纲弹性常数比对输流管道的动力特性均有影响.     

流体黏性对输流管道运动方程及临界流速的影响

考虑实际流体黏性引起的管内流速非均匀分布,针对层流和两种不同的湍流流态,对理想流体情况下输流管道运动方程中的离心力项进行了修正,得到的修正系数分别为1.333(圆管层流)、1.020(光滑管壁圆管湍流)和1.037～1.055(粗糙管壁圆管湍流).根据修正后的运动方程得到的上述3种情况下的发散失稳临界流速比理想流体流动情况下依次分别低13.4%,1.0%和1.8%～2.6%.流体黏性对输流管道运动方程及临界流速的影响只与流态有关,雷诺数决定流态,而黏性系数通过雷诺数间接起作用.     

双通道旋转输流管临界流速和振动模态分析

旋转叶片是航空发动机重要零件之一,服役条件十分恶劣,常常因振动过量导致其失效.为了合理设计含冷却通道的叶片,保证其可靠性与安全性,需对含冷却通道的叶片的振动特性进行研究.基于EulerBernoulli梁理论,将叶片简化为含两通道的悬臂旋转输流管,考虑了通道轴线偏移量对流体动能的影响,采用Lagrange原理结合假设模态法建立包含双陀螺效应的运动控制方程,采用降阶扩维的方法求解系统特征值.研究两通道模型的流速比、转速和长细比等对前3阶特征根曲线影响.将文章模型退化为简支单通道输流管,与文献报道结果进行对比,部分验证建模方法的正确性.研究发现:在相同的管道截面积下,两通道模型的临界流速值大于单通道模型的;旋转运动引入的陀螺效应会使得第2, 3阶特征根轨迹发生绕圈现象,并多次穿越虚轴;随着长细比的增大,系统会表现出类似非旋转的悬臂输流管的动力学行为;系统的横向位移模态响应呈现出行波特性,且在不同参数组合下,阻尼因子对前3阶模态产生不同的增强或减弱作用.     

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.     

输液螺旋管系振动的动力子结构分析

本文推导了反对称阻尼振动系统的动力约束子结构法，利用反对称阻尼性质避免了求解左特征向量，并在缩聚变换中增添速度约束模态以提高计算精度，加之充分利用管系的周期性，较大幅度地提高了输液螺旋管系振动分析的效率。     

Stability Analysis of Maxwell Viscoelastic Pipes Conveying Fluid with Both Ends Simply Supported

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｔｉｓｗｅｌｌ＿ｋｎｏｗｎｔｈａｔｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｐｉｐｅｓｃｏｎｖｅｙｉｎｇｆｌｕｉｄａｒｅｎａｍｅｄａｓｇｙｒｏｓｃｏｐｉｃｃｏｎ ｓｅｒｖａｔｉｖｅｓｙｓｔｅｍｂｅｃａｕｓｅｉｔｓｅｎｅｒｇｙａｔｔｈｅｅｘｉｔｉｓｅｑｕａｌｔｏｔｈａｔａｔｔｈｅｅｎｔｅｒ[1].Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｓｏｍｅｓｃｈｏｌａｒｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ .Ｐａｉｄｏｕｓｓｉｓ[2 ]ｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｓｔａｂｉ…     

Articulated Pipes Conveying Fluid Pulsating with High Frequency

Stability and nonlinear dynamics of two articulated pipes conveying fluid with a high-frequency pulsating component is investigated. The non-autonomous model equations are converted into autonomous equations by approximating the fast excitation terms with slowly varying terms. The downward hanging pipe position will lose stability if the mean flow speed exceeds a certain critical value. Adding a pulsating component to the fluid flow is shown to stabilize the hanging position for high values of the ratio between fluid and pipe-mass, and to marginally destabilize this position for low ratios. An approximate nonlinear solution for small-amplitude flutter oscillations is obtained using a fifth-order multiple scales perturbation method, and large-amplitude oscillations are examined by numerical integration of the autonomous model equations, using a path-following algorithm. The pulsating fluid component is shown to affect the nonlinear behavior of the system, e.g. bifurcation types can change from supercritical to subcritical, creating several coexisting stable solutions and also anti-symmetrical flutter may appear.     

用广义Lanczos法分析含流管系的模态参数和稳定性

本文对高速稳定流复杂管系的有限元模型直接用广义Ｌａｎｃｚｏｓ法进行模态参数和稳定性分析，从而提高了计算效率。文中对完全避免复数运算进行了研究，得出了实用的计算公式，并对计算结果进行了实验验证。     

螺旋式输液管道振动的有限元法分析

本文采用有限元法分析螺旋式输液管道流固耦合振动。基于哈密顿变分式推导了单元质量矩阵、刚度矩阵及科里奥利力引起的阻尼矩阵,讨论了不同的流体速度、边界条件及螺距角对输液管固有频率的影响。文内还提出用于非经典非对称阻尼系统的双边里兹向量方法,并给出该方法与HQR法在计算精度与计算时间上的比较。     

弹性支承条件下车-桥体系的振动分析

本文研究弹性支承条件下车-桥体系的动力分析方法。给出了弹性支承桥梁和车体的振动方程并通过对具有弹性支座简支梁主振动的分析，得出了梁主振型的解析公式。分析计算了上海高架轨道交通典型区段具有弹性支座高架梁的主振型，并利用龙格-库塔法分析计算了车-桥体系在列车通过时的桥梁和车体的振动。计算结果表明，在上海高架轨道交通实际计算参数条件下，考虑支座弹性后桥梁和车体的振动与刚性支承梁的情况相比变化不明显。本文还计算分析了不同橡胶减震支座的刚度及考虑减震支座后系统阻尼比增大等因素对高架梁振动反应的影响，得出一些有益的结论。     

Experiments on the Onset of Impacting Motion Using a Pipe Conveying Fluid

The transition from stable periodic nonimpacting motion to impacting motion, due to variations of parameters, is observable in a wide range of vibro-impact systems. Recent theoretical studies suggest a possible scenario for this type of transition. A key element in the proposed scenario is fulfilled if the oscillatory motion involved in the transition is born in a supercritical Hopf bifurcation. If the onset of impacting motion is close to the Hopf bifurcation, the impacting motion is likely to be chaotic. A numerical simulation of a system of articulated pipes conveying fluid is used to illuminate the theory. An experimental setup is presented, where a cantilevered pipe conveying fluid is unilaterally constrained. Results from experiments are found to be in good qualitative agreement with the theory.     

具有弹性支承的圆管在内外部流激发下动力特性及实验研究

本文建立了具有弹性支承的圆管在内外部流激发下的力学模型.推导了内部流与静止外部流作用下圆管的耦联振动方程.提出了确定弹性系数的方法.采用振型叠加法分析圆管动力特性问题.对内部流与静止外部流情况下圆管固有频率进行了计算和测量,计算值与实验值吻合较好.另外,对内外流同时激发下圆管的固有频率进行了测量,得到若干对工程实际有用的结论.     

拉压不同弹性模量结构的动力特性分析

研究了拉压不同弹性模量结构动力问题的计算方法,建立了不同模量板壳结构动力特性的有限元算法,编制了相应的计算程序,并通过例题计算及分析得出了有价值的结论。