输流管道参数共振实验研究

运用非接触测振技术对两端固定输流管道在脉动流作用下的参数共振问题进行了实验研究。通过搭建的实验平台,在功能上实现对流速、脉动频率以及脉动幅值的有效控制,实验通过激光测振技术获取实验管道的振动信息,通过多组测试,利用实验结果拟合出管道第一振型1/2次谐波参数共振区域,与理论计算结果定性上一致。     

非线性梁压电分阶最优减振控制

提出非线性的分阶最优控制方法,并将其应用于梁的非线性振动压电减振控制。建立梁压电减振系统动力学模型,导出减振系统的非线性动力学运动微分方程,利用摄动法,实现非线性微分方程的线性化。将各阶线性方程解耦,化为状态空间方程。设计非线性分阶控制器,对减振系统进行分阶最优控制。仿真算例验证这种控制方法的有效性。     

船用柴油机膨胀气体冲击力作用轴系的主参数共振

应用拉格朗日方程,得到柴油机轴系受膨胀气体冲击力作用的非线性扭转振动微分方程。根据非线性振动的多尺度解法,求得系统满足主参数共振情况的一次近似解及主参数共振的稳定性条件,并进行数值计算。得到主参数共振的幅频响应曲线。基于Simulink建立了系统仿真模型并进行仿真分析,指出主参数共振系统处于稳定状态。     

脉动流激励下输流管道的参数共振IHB方法研究

应用增量谐波平衡法(IHB法)研究脉动流激励下两端铰支输流管的参数共振.对无量纲的运动微分方程采用两振型Galerkin展开式离散化后,用IHB法分析了管道一阶1/2次谐波参数共振,并得到了幅-频响应曲线.将其与数值模拟解以及平均法结果比较发现,IHB法所得到的响应比平均法更加精确.研究同时表明:高阶模态对管道的一阶参数共振影响很小.     

两平行导线间轴向运动载流梁的非线性主共振

研究轴向运动载流梁在两平行导线产生磁场中的主共振问题。给出两平行导线间载流梁处磁感应强度及所受电磁力表达式,推得轴向运动载流梁的横向振动微分方程。应用伽辽金积分法,得到轴向运动梁无量纲化的非线性振动微分方程。采用多尺度法进行求解,得到系统关于前两阶模态非线性方程的近似解析解以及主共振幅频响应方程。通过算例,得到了轴向运动载流梁共振幅值随调谐参数、载流电流密度、导线电流和位置的变化关系曲线图。结果表明,各相关物理和几何参数的改变对系统共振特征有较大影响,且非线性振动特征较为明显。     

计及齿轮时变啮合刚度的机车驱动系统振动稳定性

针对齿轮时变啮合刚度激励的机车驱动系统振动问题,基于势能原理获得了齿轮时变啮合刚度,并用傅里叶级数展开,采用"黏着系数-蠕滑速度"经验公式描述具有负斜率特性的轮轨黏着力,建立了驱动系统扭转振动和轮对纵向振动的耦合模型。在系统振动微分方程的平衡位置处对其进行线性化处理,进而利用多尺度法获得了系统振动稳定的边界条件,并进行了数值仿真验证和参数影响分析。分析结果表明:增大被动齿轮与主动齿轮的等效惯量比、轮对与构架的质量比有助于增强机车驱动系统的稳定性;当机车速度接近119/j(km·h~(-1))(j=1,2,3,…)时,由于齿轮时变啮合刚度的作用,驱动系统会产生参数共振;且当速度接近119 km·h~(-1)时,系统产生参数共振的区域较广,且啮合阻尼在[0,1×104]N·s·m-1范围内变化时,对系统参数共振区域的范围影响很小,机车应尽量避免以该速度行驶。     

两端固定输流管道参数共振的实验研究

用实验方法研究了两端固定输流管道在脉动内流作用下的参数共振问题。所设计的实验系统合理有效,基本符合进行参数共振实验的设计目的。对三种合成管道在几个不同的平均流速和脉动流作用下做了多次重复实验获得了第一振型1/2次谐波参数共振相关实验数据,实验结果与理论结果在定性上一致。本文还对可能引起定量误差的原因做了较详细的分析。通过实验观察,得到以下结论：（1）当平均流速达到一定值时,两端固定管道在一定的脉动流振幅和脉动频率下会产生第一振型1/2次谐波参数共振。脉动流振幅越大,发生参数共振的频率范围也越大。当脉动流振幅小于一定值时,不再发生参数共振。（2）平均流速越大,发生参数共振所需要的脉动流频率就越小。平均流速大小对于能否出现1/2次谐波参数共振、共振区域大小、形状以及位置都有很重要的影响。在其它条件一定的情况下,低频脉动时平均流速越大管道越容易失稳。以上观察到的现象与理论分析中得到的结果是一致的。     

薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的振动特性分析

摘要：为深入研究薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的运动特性,应用Donnell简化壳理论,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的影响,建立了薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的非线性振动方程。基于Galerkin方法将偏微分方程转化为方便求解的常微分方程,利用多尺度法求解了系统主共振的一次近似解,得到了系统稳态响应的转迁集与分岔图,并通过奇异性分析,得到了系统工作稳定性和可靠性的结构参数区域。对薄壁圆柱壳在流体作用下的振动特性进行了数值模拟和实验研究,考察了阻尼系数、脉动频率、液体深度等对系统动力学特性的影响。研究表明,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的非线性振动方程更能体现薄壁圆柱壳在流体脉动激励下完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为。     

载流导线间轴向运动导电梁的参数-主共振

研究轴向运动导电梁在载流导线产生的周期变化磁场中的参数-主共振问题。给出载流导线间导电梁处的磁感应强度、梁的应变能、动能及所受电磁力表达式,推得轴向运动导电梁的磁弹性横向振动微分方程。应用伽辽金积分法,得到导电梁无量纲化的非线性参数-主共振微分方程。利用多尺度法求解方程,得到系统关于非线性参数-主共振联合方程的近似解析解。通过计算,得到了轴向运动导电梁共振幅值随调谐参数变化的幅频图,共振系统的动相平面轨迹图,以及在变化调谐参数下的时程图和相图。结果表明,相关参数的改变对系统的共振幅值及稳定性影响明显。     

Winkler地基上四边自由矩形薄板的主共振与奇异性

通过Galerkin方法，将Winkler地基上四边自由受横向简谐激励矩形薄板的控制微分方程转化为非线性振动方程。应用非线性振动的多尺度法，求得了系统满足主共振情况时的一次近似解以及对应的定常运动，并对其进行数值计算，分析了激振力、调谐值、阻尼系数、非线性参数对系统的影响。对主共振定常运动分岔响应方程进行了奇异性分析，得到了开折参数平面的转迁集和分岔图。揭示了一些新的动力学现象。     

轴向可伸输液曲管平面内振动的波动方法研究

在轴线可伸长假定的基础上,采用Timoshenko曲梁模拟弯曲管道,建立了输液曲管平面内振动的动力学方程;应用波动方法对所建立的振动模型进行了求解;获得了曲管内振动波的传播和反射矩阵,提出了计算轴向可伸输液曲管平面内振动固有频率的数值方法。算例分析中,计算了两端固定半圆形曲管在四种不同流速下的前五阶固有频率,结果表明,与轴线不可伸曲管的结果不同,两端固支轴线可伸曲管不会因为管内流速过大发生屈曲失稳。     

脉动流作用下粘弹性直管动力学特性分析

在Hamilton体系中应用精细积分法分析脉动流作用下粘弹性管道的动力学响应特性。首先建立了Hamilton体系下输送振荡流粘弹性直管的辛对偶正则方程组,接着推导了求解非线性运动方程的线性插值精细积分法,最后分析了不同流速、不同激振频率下输流直管非线性动力学特性。数值计算结果表明该方法能快速高效求解输流管道运动方程,计算精度令人满意。     

The dynamic stability of a pipe conveying a pulsatile flow

This investigation concern the small displacements of a pipe conveying a pressurized flow whose velocity possesses a harmonic fluctuation about a mean value. A new derivation of the fluid forces is used to obtain the partial differential equation of motion. General equations applicable to any set of boundary conditions are specialized for the case of a simply supported pipe and the Galerkin method is utilized to find solutions. An analysis of the case of steady flow shows that the pipe exhibits the divergence type of instability which is predictable by static structural theory. In the presence of pulsatile flow the pipe has regions of dynamic instability whose extent increases with increased amounts of fluctuation. The results have great similarity to those for beams carrying pulsating end forces.     

利用压电驱动的半球缺群无阀泵试验及其混合泵送性能分析

为满足微流量、小流量压电液体混合与输送方面的要求,提出了一种集流体混合与泵送为一体的半球缺群无阀泵,该泵利用半球缺的圆面与球面对流体的阻力不等,配合压电振子的往复振动实现对流体的泵送;同时,利用半球缺群对流体的遮挡、干扰效应产生的湍流和旋涡实现对流体的高效混合。在解析泵的工作原理、振子振动特性、泵理论流量基础上,进行了流量与电压、频率及行数、列数变化的半球缺群的关系试验,获得了泵系统的低频谐振频率为6Hz,并在电压及频率为160V、6Hz时,半球缺群4×3得到了53.2mL/min的泵流量,电压及频率为180V、6Hz时,半球缺群3×3得到了59.4mL/min的泵流量;对半球缺群行数、列数及间距变化对混合效果的影响进行了仿真研究和试验验证,得到了增加行数、列数及间距均能提高不同液体间混合效果的结论,试验及仿真分析的结果验证了半球缺群无阀泵能够较好地实现对流体的混合与泵送。     

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。     

Winkler地基上黏弹性输流管的参数共振稳定性

本文研究了黏弹性输流管在Winkler地基上的横向振动。管道的黏弹性材料用Kelvin本构关系描述,在两端铰支边界条件下,对系统的控制方程应用直接多尺度法建立相应的可解性条件,得到了系统次谐波共振和组合共振的稳定性边界条件,考察了系统的各种参数如阻尼、脉动流速、质量比、弹性地基对稳定性边界条件的影响。     

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。     

两端固定输流管道的稳定性和参数共振

研究了两端固定输流管道在脉动内流作用下的参数共振问题。用平均法导出了管道失稳判据和三种参数共振区域的边界曲线方程，讨论了系统参数对失稳区域的影响。用数值方法给出了各种参数共振的响应曲线，分析了其存在区域以及响应频率与脉动流频率之间的关系。研究结果表明，组合共振区域内可发生拟周期运动和组合周期运动；组合共振曲线能延伸到第二振型次谐波共振区域；第一振型次谐波共振曲线能覆盖整个组合共振区域，而且能延伸到第二振型次谐波共振区域。因此，此系统存在同一个脉动频率与多种运动相对应的参数区域。     

内激励型振荡衰减流作用下输流管道动力不稳定分析

振荡衰减流作为一种内激励形式,对输流管道的稳定性和共振特性将产生影响。基于输流管道横向振动运动微分方程,引入指数衰减函数模拟水锤发生时流速呈现的振荡衰减特性,推导得到内激励型振荡衰减流作用下输流管道动力不稳定区域的表达式。在无衰减周期脉动流激励条件下,计算得到两种不同支撑输流管道的不稳定区域,与前人数值研究结果吻合良好。同时将引入的流速表达式与水锤条件下黏弹性输流管道模型计算得到的流速时程进行对比,表明所提出的流速表达式能较好地反映水锤激励下输流管道内水流的双向衰减特性。进一步分析了衰减特征参数对两端简支输流管道不稳定区域的影响,结果表明,内激励型振荡衰减流对于输流管道横向振动的影响不容忽视,当流速衰减系数b增加,不稳定区域向下偏移,且初始流速u 0增大,偏移现象越明显;同时随着时间τ的推移和衰减系数b的增加,流速衰减越快,不稳定区域闭合加快,当管道内流速衰减至0时,水锤过程结束,管道不稳定区域消失。