輸流管道非線性振動(dòng)模型及仿真研究.pdf

1、輸流管道被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，因振動(dòng)而導(dǎo)致管道破壞的現(xiàn)象十分普遍，造成的損失也相當(dāng)大，已引起人們的重視。除去外界因素產(chǎn)生的振動(dòng)外，研究管道系統(tǒng)內(nèi)部引發(fā)的振動(dòng)是當(dāng)今的研究熱門，其中考慮流固耦合的輸流管道非線性振動(dòng)研究得到了廣泛的認(rèn)同。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在一些高端科技領(lǐng)域，減振降噪已成為關(guān)鍵問(wèn)題，而研究誘發(fā)振動(dòng)的根源乃是重中之重，因此，開(kāi)展管道流固耦合振動(dòng)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。 以管道橫向位移、軸向位移、流體流

2、速和流體壓強(qiáng)為變量，根據(jù)中線可伸長(zhǎng)定理，計(jì)算輸流管道系統(tǒng)的總動(dòng)能、總勢(shì)能和外力做的總功，應(yīng)用Hamilton變分原理，推導(dǎo)出輸流管道軸向和橫向運(yùn)動(dòng)方程。在建模過(guò)程中考慮泊松耦合和摩擦耦合，便于求解和仿真，忽略對(duì)系統(tǒng)影響很小的高階項(xiàng)、部分遷移項(xiàng)和管道的軸向與橫向間的耦合項(xiàng)。 軸向和橫向運(yùn)動(dòng)方程是高階偏微分方程，其解析解難以獲得，為此本文采用有限單元法得到數(shù)值解。根據(jù)輸流管道的特點(diǎn)，將軸向和橫向分別簡(jiǎn)化為兩結(jié)點(diǎn)的梁?jiǎn)卧Ｐ停捎肔a

3、grangian插值函數(shù)和一階Hermite插值函數(shù)，實(shí)施Ritz方法得到其單元標(biāo)準(zhǔn)方程，再集合成整體矩陣方程。采用振型分解法和Newmark法運(yùn)用Matlab編程求解輸流管道的模態(tài)和響應(yīng)。 討論四種邊界約束(固定-固定、固定-鉸支、固定-懸伸、鉸支-鉸支)情況下，輸流管道軸向運(yùn)動(dòng)和橫向運(yùn)動(dòng)的模態(tài)和響應(yīng)，重點(diǎn)分析管道跨距、流體壓強(qiáng)、流體流速、流體壓強(qiáng)擾動(dòng)、流體流速擾動(dòng)對(duì)振動(dòng)特性的影響，以及考慮阻尼與不考慮阻尼對(duì)固有頻率和固有振型