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。     

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。     

固定边界超临界轴向运动梁平面振动频率

通过数值方法研究超临界速度下,两端固定边界的轴向运动梁平面耦合非线性振动固有频率。发展有限差分法,确定在超临界范围轴向运动梁的径向与横向耦合平面内非平凡静平衡位形。基于非平凡静平衡位形,经坐标变换,建立超临界轴向运动梁连续陀螺系统的标准控制方程。运用高阶Galerkin截断,研究超临界运动状态下梁平面振动的固有频率;并研究Galerkin截断阶数对计算结果的影响。     

轴向力对轴系弯扭耦合振动特性的影响

当轴系的截面质心和剪切中心不一致时,将会产生弯扭耦合振动.轴系轴向受力后,等效扭转刚度和弯曲刚度等参数都会有所改变,因而对轴系弯扭耦合振动特性也将有所变化,从而可能对轴系的安全运行产生影响.建立了一个集中参数的当量力学模型,推导了附加了轴向力后轴系的弯曲振动以及弯扭耦合振动的传递矩阵.通过对轴系的弯扭耦合振动特性进行分析计算,得到了一系列关于轴向力对轴系弯扭耦合振动的影响规律,这些规律对旋转轴系的结构设计具有一定的意义.     

DQ法用于具有弹性支承半圆形输液曲管的稳定性分析

将微分求积方法推广到输液曲管的稳定性分析,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曲管,另外,由于避免了一系列数值积分的计算,故计算量较少,精度令人满意。在此基础上,本文还研究了若干参数对其临界流速的影响。     

复杂变截面梁的轴向自由振动分析的近似方法

介绍了带有附加影响的变截面梁轴向自由振动问题的求解方法－模态摄动法，这一方法在由等截面均匀梁低阶主模态函数组成的模态子空间中，将复杂梁的变系数微分方程的求解化为线性代数方程组的求解，从而简化了计算过程，通过与其它方法的比较，说明了本文方法的优越性。     

流体对薄壁圆柱管振动频率的影响

以两端固支薄壁圆柱管为机构,并简化为Timoshenko梁模型,使用梁的弯曲振动理论及有限元模型分析薄壁圆柱管不含液体的固有频率和振型,其中考虑了集中质量的作用。给出了含有流体的圆柱管道的横向振动微分方程和固有频率方程。设计并制造全部实验装置,测量薄壁圆柱管不含液体、含静止液体和含流动液体的前三阶固有频率和振型。含静止液体时薄壁圆柱管的幅频特性曲线呈非线性、软特性。通过理论值与实验值进行比较,理论值与实验值接近,流体使薄壁圆柱管的固有频率下降。     

充液管系轴向振动响应计算研究

本文采用特征线法,利用经典水锤与扩展水锤模型分别对一流液直管管系在不考虑固液耦合作用与考虑耦合作用两种情况下的轴向振动响应进行计算。对固液耦合作用给管道液体振动响应所带来的影响进行研究。研究结果表明,固液耦合作用对充液管系振动有着明显的影响。     

两端受套筒约束轴向运动梁的横向振动固有频率和模态函数

摘要 研究两端带有扭转弹簧且弹簧系数可任意变化的混杂边界下的轴向运动梁的横向振动。利用混杂边界条件推导任意弹簧系数的系统特征方程以及模态函数。运用数值方法计算系统的固有频率和模态函数。通过数值算例,讨论了弹簧系数对前四阶固有频率随轴向速度变化的影响,以及弹簧系数与系统复模态函数的关系。     

钻柱内外沿轴向流动的钻井液对钻柱横向振动的影响

本文讨论了钻柱内外沿轴向流动的钻井液对钻柱横向振动的影响，讨论了钻柱与钻井液的耦合振动问题，并引入附加质量系数来描述在钻柱与井壁之间的环形空间中向上流动的钻井液对钻柱振动的影响。数值算例表明这种环形空间中存在并流动着的钻井液对钻柱的横向振动有很大的影响。     

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...     

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。     

两端简支输流管道共振可靠度分析

采用基于Galerkin的加权残数法分析输流管道,利用 阶Galerkin截断建立试函数,推导出消除残数方程,得到输流管道的前 阶固有频率,并分析流速对固有频率的影响。建立输流管道共振可靠度的功能函数,利用点估计法计算功能函数的前四阶矩,采用修正Edgeworth级数法求得输流管道的共振可靠度,并讨论了流速对管道共振可靠度的影响。研究结果对于输流管道的防共振设计和共振可靠性评估具有参考价值。     

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。     

A comparative study of axisymmetric finite elements for the vibration of thin cylindrical shells conveying fluid

A comparative study of the relative performance of several different axisymmetric finite elements, when applied to the dynamic problem of thin cylindrical shells conveying fluid, is presented. The methods used are based on (1) the Sanders' theory of thin shells and the potential flow theory, and (2) the theory of elasticity and the Euler equations. The elements studied are: linear, paralinear, parabolic and cubilinear. Extensive comparison with experiment is carried out for the free vibration of cylindrical shells in the absence of, and containing, quiescent and flowing fluid. The analysis of the relative competence of these elements is presented for shell length‐to‐radius ratios 1.95≤L/R≤32, shell radius‐to‐thickness ratios 10≤R/h≤375 and boundary conditions: clamped–clamped, clamped–free and simply supported. We show that natural frequencies of thin cylindrical shells in the absence of, and containing, quiescent and flowing fluid can be assessed accurately when using two‐ and eight‐noded elements, and the latter are also applicable to the dynamic problem of thick cylindrical shells. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

固定约束松动对输流管道稳定性和临界流速的影响

把管道固定端抗转动约束松动情况模拟为受扭转弹簧约束的两端支承管道模型,研究了这种输流管道系统在定常内流作用下的稳定性和临界流速,利用两振型Galerkin离散化方法导出了临界流速的解析表达式。用数值方法分析了系统的失稳特性,确定了此系统的首次失稳为静态失稳。利用所导出的临界流速的解析表达式讨论了扭转弹簧刚度、重力系数和轴向力对管道临界流速的影响。     

输液管道颤振失稳的时滞控制

采用时滞主动控制方法对输液管道的颤振失稳进行控制,以提高输液管道系统的临界流速.首先构造时滞控制策略并建立时滞控制的偏微分方程;然后利用伽辽金法离散时滞偏微分方程将其转化为时滞微分方程组,从理论上分析时滞微分方程的稳定性,并通过Matlab Biftool软件包对时滞控制系统的特征根分布情况进行模拟,与稳定性理论分析结果相当吻合;最后通过有限差分法对时滞偏微分方程进行数值模拟,与稳定性理论分析结果基本吻合.结果表明:通过时滞主动控制输液管道的颤振,控制策略简单,而且效果较好.     

基于微分求积法的轴向运动板横向振动分析

研究受面内载荷轴向运动薄板横向振动的运动微分方程,采用微分求积法计算四边简支轴向运动薄板的固有频率和临界速度。分析轴向运动速度、板材料刚度及长宽比对板横向振动固有频率及临界速度的影响。结果发现,随着轴向速度增大,各阶固有频率减小;随着刚度的增大,各阶固有频率增大;当长宽比较小时,轴向运动板可以用梁模型分析。     

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。     

平面曲梁面内自由振动有限元分析的p型超收敛算法

该文采用状态空间法研究了圆弧曲梁面内动力学特性。通过选择合适的状态变量,建立了相应的状态空间列式,并给出了固有频率和振动模态的求解过程。进一步通过引入辛内积的概念,建立了三种工程常见边界条件(简支、固支和自由)下圆弧曲梁面内振动模态关于质量和旋转惯量的正交关系式。在此基础上,运用模态叠加法给出了非齐次状态方程的解析解,并得到了圆弧曲梁在竖向移动集中荷载作用下的瞬态响应。数值算例结果表明该文方法是十分精确和可靠的。