不同流体加速度描述对输液曲管稳定性的影响

在自然坐标系中建立了具有任意初始构型可伸长输液曲管的数学模型并进行了数值模拟。为了便于处理边界条件,引入新的独立变量,采用微分求积法(Differential Quadrature Method,DQM)和分块矩阵的方法求解输液曲管的固有频率。讨论了三种流体加速度表示方法对可伸输液管道稳定性的影响。研究发现,对复杂构型的输液曲管,三者的第一阶固有频率随着流速的增大,差别越来越显著;然而,对于规则构型的输液管道,结果却非常相近。     

海洋输液立管涡激振动响应及其疲劳寿命研究

以FrancisBiolley改进的vanderPol尾流振子模型为基础,考虑管内流动流体和管外海洋环境荷载共同作用,建立了海洋立管涡激振动微分方程,用Hermit插值函数对立管微分方程进行离散,并用Miner理论对立管的疲劳寿命进行分析,通过编程和实例计算,分析了管内流速对涡激响应幅值和疲劳寿命的影响。结果表明,当管内流体流速变化使立管的固有频率接近漩涡脱落频率时,立管涡激振动响应将会增大,疲劳寿命将会显著减少。     

考虑流体附加质量的输流管道振动特性分析

针对管内流体激励(flow-induced vibrations,FIV)引起的结构振动问题,考虑单向流固耦合作用,通过引入附加质量分析内流流速对结构振动特性的影响。以两端固定支撑输流直管作为研究对象,利用数值方法模拟不同流速下管内的流动状态,获取流体压力系数、湍动能及管道结构位移响应。基于单向耦合振动机理,建立管道流固耦合附加质量模型,采用FEM方法展开结构模态分析,计算流体作用于结构的附加质量和固有频率。数值仿真结果表明:内部流体流速对管道结构振动有较强的耦合作用,流速增加使得耦合附加质量增大,且存在临界流速使管道发生静态屈曲失稳现象。与经验公式对比,该计算结果在10%的误差范围内能更准确地反映流体对结构振动的单向耦合作用。因此,提出的方法能够应用于单向耦合振动问题分析,并为研究流固耦合对结构动力特征影响等管内流动的FIV问题提供思路。     

钢悬链线立管振动响应影响因素分析

海洋立管内部一般有高压的油或气通过,这将对立管的振动响应产生较大的影响。首先研究SCR管内流体的流速对结构固有频率的影响,结果表明：立管的固有频率随着管内流体流动速度的增加而降低,应在设计时予以足够重视。另外又分析悬链线立管张力随水深的变化规律,计算考虑变张力的立管固有频率,比较分析弯曲刚度对固有频率的影响。结果表明：弯曲刚度对前10阶频率影响不大。因此,在计算低模态的涡激振动时,可以忽略弯曲刚度的影响。     

初应力拱侧向振动的固有频率

在初应力位形上附加变形场论的框架下,引入自然坐标系,采用平截面假设,建立对数值方法和解析方法十分有用的、初应力曲拱位移变分方程。给出了平面曲拱在平面初始变形状态下附加变形变分方程,将拱的初始内力嵌入其中。根据所得的方程,讨论了面内载荷对圆截面初应力圆弧形拱侧向振动固有频率的影响,给出了侧向振动固有频率与初载荷的解析关系。结果表明,面内初始载荷的存在减小了侧向挠曲的固有频率;减少的数值与用频率方法诊断构件缺陷通常可得到的灵敏度属同量级。     

海底悬跨输流管道固有特性的DQ解法

研究在复杂的海洋环境和管内流体的耦合作用下,水下管跨振动的固有特性.将水下管跨模拟成两端受土弹簧支承和约束的一般支承输流管道,综合考虑管内外流体和管截面轴向力对管跨固有特性的影响,采用求解边值/初值问题的微分求积法(DQ法)分析其固有特性,建立了微分求积法的模拟方程和边界条件.数值仿真分析结果表明,管跨固有频率随两端入土端土弹簧刚度系数和管截面轴向拉力的增加而增大,随管内流体流速和压强及管截面轴向压力的增加而减小.本文所建立的模型更接近工程实际,DQ法用于水下管跨的工程设计和分析是可行的.     

弹性支承输流管道固有频率计算

本文建立了两端弹性支承输流管模型,导出该模型管道随内流体流速变化的固有振动特性方程,并对上游铰支加扭簧支承,下游铰支的模型进行了计算和实验,计算结果和实验数据吻合较好.结果表明,输流管各阶固有频率随内定常流的流速增加而降低。     

分析输液曲管振动和稳定性的有限元法

考虑流体与曲管的相互作用,利用虚功原理导出了输液曲管振动问题的有限元格式。为了提高精度,文中还提出了一个具有７自由度的特殊由管元。对于自激振动问题,通过特征值求解,求出了输液曲管发生颤振失稳时的临界流速。对于动力响应问题,通过引入伴随系统实现方程的解耦,可把输液曲管这类非经典系统化成单自由度问题求解。实例表明提出的单元形式有很好的精度。     

内输多相流与绕流耦合作用下立管非线性振动EI北大核心CSCD

对内输多相流立管在内流与外部绕流耦合作用下的振动响应进行了分析。建立了内部多相流-立管-外部绕流的耦合方程,并采用广义积分变换法(GITT)将偏微分方程转化为常微分方程进行求解。分析得到立管内两相流会引起立管自然频率的降低,管内流速越高,立管越长,两相流作用越明显;立管在内流和外部绕流共同作用下,管内含气量的增加,使立管发生涡激振动的频率降低,振动幅值增加;管内两相流的作用会引起立管在较小的外部流速下发生共振并且会诱发立管发生更高一阶模态的振动;外部绕流流速越高,管内两相流作用越小。     

Galerkin模态截断对计算悬臂输液管道固有频率的影响

通过Galerkin方法和复模态方法研究悬臂输液管道在不同流速下固有频率的变化情况,通过比较说明Galerkin模态截断对输液管道固有频率计算结果的影响.首先利用复模态方法(精确的方法)分析简化的输液管控制模型,通过割线法求解复模态的超越方程,求得简化系统在不同流速下的固有频率;然后利用Galerkin方法将无简化的系...     

具有非线性运动约束输液曲管振动的分岔

研究了具何非线性运动约束输液曲管在系统参数区域内振动的分岔现象。基于牛顿法推导出了输液曲管模型面内振动的非线性控制方程，利用微分求积法将系统的偏微分方程转化为关于时间域的上阶常微分方程组；在此基础之上，采用数值迭代技术求解了输液曲管的非线性动力学方程。数值模拟表明，输液曲管在系统多种参数区域内俘有复杂的分岔现象；在这些参数区域内，系统将以静态变形、周期运动和混沌等形式作复杂的振动。     

弹性地基上输流管道主参数共振的主动振动控制

研究了弹性地基上输送脉动流管道主参数共振的主动振动控制问题。在管道上、下两侧对称的粘贴一对陶瓷压电片,利用压电效应使压电片对管道施加控制力矩。对运动微分方程中由控制力矩产生的Dirac Delta函数对轴向坐标的一阶导数,利用Fourier级数进行展开,再采用微分求积法对控制微分方程和边界条件进行离散化处理,得到了时变系统的状态方程。以管道的横向振动变形和输入控制能量之和达到最小的最优控制原则,对简支输流脉动流管道的时变系统受控前后某些点的挠度响应进行了数值仿真。数值计算结果表明,采用的最优控制方案能有效地控制输送脉动流管道的主参数共振问题。     

考虑流固耦合的典型管段结构振动特性分析

研究了两种最常见的流体管段结构模型与计算。对于直管,利用拉氏变换把时域方程变换到频域,对频域方程进行推导求解,得到了直管的频域解析解;对于弯管,直接对方程模型进行整体求解,同样求得了其频域解析解。然后以Davidson单弯管模型为例,说明典型管段结构组合的管道系统的求解方法,并验证直管以及弯管模型和求解方法的正确性。最后,通过改变弯管的弯曲半径以及角度来对管道的流固耦合振动特性的影响因素进行分析。结果表明,弯曲角度以及弯曲半径越小,频谱曲线密集程度越低,耦合振动越弱,反之越强。     

周期性输流管道的非线性动力学特性研究

基于绝对节点坐标法,推导出不同材料组成的周期性悬臂输流管道在定常内流作用下的非线性动力学方程,通过数值求解的方式对两种不同形式的周期性输流管道,即,铝-钢及钢-铝周期性悬臂输流管道的稳定性和非线性动力学行为进行了研究。研究结果表明,单位长度内,当管道周期数大于8时,两种周期性输流管道的临界流速均趋于定值。非线性分析结果显示,铝-钢周期性输流管道的非线性动力学行为随着周期数目的减小变得越来越复杂,从单周期行为演变为多周期、倍周期、概周期和混沌等多种运动的复杂动力学行为,而对于钢-铝周期输流管道而言,管道一直处于单周期运动状态。     

轴向周期激励下含脉动流体的简支管道横向振动的稳定性分析

研究了轴向周期外激励对含有脉动流体的两端简支输流管道横向振动稳定性的影响。基于经典流固耦合方程,采用了二阶Galerkin 方法对其进行求解,用解的收敛性作为稳定判据求取了管道横向振动的稳定性方程。研究结果表明,在管道某一失稳频率下,当管道受到相应频率的轴向激励且其激励幅在一定限度内时,该激励可以改善简支脉动输流管道横向振动的稳定性;当激励幅超过一定限度,系统的稳定性开始恶化;当轴向周期激励频率远离该失稳频率时,对该失稳频率附近管道的稳定性不产生明显影响。     

输流管道的流体诱发振动稳定性分析

考虑内、外部流体的联合作用,研究输流管道的流体诱发振动稳定性。将外部流体的作用简化为涡激升力,利用Kane方法建立输流管道的二维非线性涡激振动方程。将动力学方程在平衡位置附近线性化,进行输流管道的稳定性分析。探讨不同内外流流速、外部流体的粘滞力系数、管道跨度以及内外流联合作用对管道稳定性的影响。研究结果表明,非线性涡激振动模型更真实地反映输流管道的流体诱发振动稳定性,在内流和管道跨度的影响下,发生耦合模态颤振现象;外部流体粘滞力系数的变化对管道的动力特性有明显的影响;在内外部流体的联合作用下管道的振动特性与各因素单独作用时明显不同。     

利用波动法研究曲梁结构中的波形转换和能量传递

基于Flugge理论,建立了薄壁均质常曲率曲梁面内运动的6阶微分控制方程,得到了曲梁的频散特性曲线和6种波的轴向位移和径向位移的比值,推导了位移和内力响应的表达式以及物理域和波数域的变换矩阵。利用波的传递和反射矩阵对曲梁和半无限长直梁耦合时的能量传递系数和反射系数进行了求解分析。对于半无限长直梁中给定的拉伸波或弯曲波入射,得到了和频率,曲率半径和伸展角度相关的各种波传递和反射的能量系数表达式。数值结果表明,纵波和弯曲波在经过曲梁结构之后发生了波形转换,并研究了能量传递和反射系数随频率,伸展角度,曲梁曲率半径和截面尺寸比的变化。结果表明,无限长直梁和曲梁耦合系统中,低频时,经过曲梁反射和传递后的弯曲波和纵波会相互转化;高频时弯曲波和纵波都能够没有散射地通过曲梁而进行传播。为改善高频时曲梁中的能量衰减效果,研究了在曲梁结构中插入单个、多个中间支撑或阻振质量块时的能量传递和反射系数。结果表明,阻振质量块能够很好地阻止高频时曲梁中能量的传递,对于周期分布的多个阻振质量块,能量传递系数随频率的变化存在周期结构的阻带特征。这些研究结果为曲梁结构的设计提供定性的理论基础。     

波传播法分析两端固支轴向运动梁的横向振动

用波传播法分析研究了两端固支轴向运动梁的横向自由振动。应用相位封闭原则导出了系统的频率方程,并求出了固有频率和模态函数。所得结论和传统方法解带有边界条件的微分方程的结果一致。但是,波传播法可以从物理角度更好的解释系统振动的本质,这是传统解法所没有提及的。     

埋地管道漏损检测的声传播特性研究

地下管道漏损的准确定位问题一直是困扰世界范围内供水系统和市政建设的难题。管道漏损不仅会浪费大量的资源,而且还会造成严重的事故以及环境污染。针对埋地管道这样一个典型的土-管-液三相耦合问题,将管道周围土壤做弹性体考虑,对弹性介质中充液管道的声传播特性进行了解析研究。推导了低频域周向波数n=0的轴对称管道振动耦合方程,通过数值方法分别得到了流体波(s=1)和壳体压缩波(s=2)的复波数解。结果显示,管外土介质会使管道流体波波数减少(也即加快波的传播速度),而对壳体压缩波的传播影响较小。由于管-土作用产生的能量辐射,在整个研究频段s=1波和s=2波都有较大的衰减。研究结果可为埋地管道漏损的精确检测提供理论支持。     

热冲击下轴向运动FGM梁的自由振动分析

基于Timoshenko梁理论研究两端夹紧、一端夹紧一端简支、两端简支三种不同边界条件下的轴向运动功能梯度材料(FGM)梁在热冲击载荷作用下的自由振动响应。利用Hamilton原理推导热冲击下轴向运动FGM梁的自由振动控制微分方程,并采用分离变量法求解一维热传导方程。通过微分求积法(DQM)在梁的长度方向进行离散,将原方程转化为四阶广义特征值问题,求解FGM梁自由振动的无量纲固有频率并进行特性分析。考虑了不同热冲击载荷,不同梯度指数和不同轴向运动无量纲速度对FGM梁自振频率的影响。结果表明:热冲击载荷越大,对降低FGM梁的固有频率的效果越明显;在轴向运动速度和热流输入不改变的情况下,逐渐增大材料梯度指数会使FGM梁的固有频率随之减小;FGM梁对热冲击短时间内有减缓作用,相对于均匀材料一阶失稳所需时间更长,受到热冲击的FGM梁在轴向运动时也更快达到失稳状态。