疊層板狀結(jié)構(gòu)流致振動(dòng)響應(yīng)及穩(wěn)定性研究.pdf

1、板狀疊層結(jié)構(gòu)在核反應(yīng)堆燃料元件的結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)中有著重要的應(yīng)用。如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)動(dòng)力學(xué)失穩(wěn)（如屈曲、顫振），將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常工作、危及結(jié)構(gòu)安全。對(duì)這類結(jié)構(gòu)的非線性響應(yīng)及穩(wěn)定性研究具有重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本文以理想流體中的板狀疊層結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期揭示系統(tǒng)產(chǎn)生各種復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為的機(jī)理，為板狀疊層結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。研究的主要內(nèi)容如下:
　　1.針對(duì)軸向流作用下單層板的線性

2、流固耦合運(yùn)動(dòng)控制方程，分別基于微分求積法和有限差分法建立了流場(chǎng)網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格統(tǒng)一的離散化格式，再通過特征值方法分析其穩(wěn)定性。對(duì)兩種離散化方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，在軸向流的作用下，兩端簡(jiǎn)支和兩端固支壁板首先發(fā)生屈曲失穩(wěn)。對(duì)于考慮壁板前后緣邊界的模型，使用有限差分法離散求解能得到較好的結(jié)果，計(jì)算結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)中的結(jié)果基本吻合。
　　2.建立了軸向流作用下疊層板的流固耦合方程，分別采用基于微分求積法和有限差分法的離散化方法對(duì)系

3、統(tǒng)進(jìn)行離散，通過流固耦合邊界條件，將流場(chǎng)勢(shì)函數(shù)用板的橫向振動(dòng)位移變量來表示，得到僅關(guān)于疊層板的橫向振動(dòng)位移變量的離散控制方程。通過求解控制方程的廣義特征值對(duì)流固耦合作用下疊層板的穩(wěn)定性和模態(tài)進(jìn)行分析。計(jì)算結(jié)果表明，軸向流作用下疊層板的一階模態(tài)并不是疊層板的同相彎曲模態(tài)，體現(xiàn)了流體力對(duì)固有特性的影響。
　　3.以跨中有非線性彈簧支承的單板受簡(jiǎn)諧外激勵(lì)力的流固耦合系統(tǒng)為對(duì)象，研究外激勵(lì)力對(duì)系統(tǒng)流致振動(dòng)響應(yīng)的影響。基于微分求積法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)

4、行離散，采用數(shù)值積分法計(jì)算系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。給出了系統(tǒng)以來流速度、外激勵(lì)幅值為參數(shù)的分叉特性。
　　4.考慮剛性導(dǎo)流段和尾流段對(duì)流場(chǎng)的影響，建立受非線性約束單層板的非線性流固耦合運(yùn)動(dòng)控制方程，用有限差分法對(duì)控制方程進(jìn)行離散。為了克服差分網(wǎng)格較多時(shí)帶來的計(jì)算規(guī)模較大的問題，對(duì)控制方程用主模態(tài)縮減法縮減自由度，然后對(duì)離散方程進(jìn)行數(shù)值積分，得到系統(tǒng)的復(fù)雜響應(yīng)，分析其分岔和混沌特性。計(jì)算結(jié)果表明，隨來流速度和激振力幅值兩個(gè)參數(shù)變化，系統(tǒng)具有

5、極其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，包括多種形式的周期、擬周期和混沌運(yùn)動(dòng)等形式，系統(tǒng)以周期倍化分岔或擬周期過程通向混沌。
　　5.以受非線性約束單層板的模型為基礎(chǔ)，在來流中引入簡(jiǎn)諧振蕩流，研究簡(jiǎn)諧振蕩流對(duì)板狀結(jié)構(gòu)流致振動(dòng)響應(yīng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明，以來流流速幅值和來流振蕩頻率為可變參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)具有極其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，通過分岔圖、相圖和龐加萊截面圖等方法判斷了系統(tǒng)的多種形式的周期、擬周期和混沌運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)一開始經(jīng)由周期倍化分岔的方式進(jìn)入混沌，最后經(jīng)由倒