旋轉(zhuǎn)FGM輸流管道的動態(tài)特性分析.pdf

1、輸流管道廣泛應(yīng)用于航空寧航、行油化工、海洋工程以及動力水能j二業(yè)等諸多領(lǐng)域。隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)的發(fā)展,輸流管道系統(tǒng)也常常被應(yīng)用在復(fù)雜的柔性多體系統(tǒng)中,這些體系具有繁復(fù)的形態(tài)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),常常因?yàn)橥獠凯h(huán)境或是自身結(jié)構(gòu)等因素的變化導(dǎo)致系統(tǒng)的耦合振動,可能會造成系統(tǒng)的破壞失穩(wěn),甚至引發(fā)災(zāi)難性后果,所以這個(gè)問題在工程應(yīng)用中受到越來越多的關(guān)注。為了進(jìn)一步的優(yōu)化管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),滿足特殊環(huán)境和承載力對輸流管道的嚴(yán)苛要求,新型的具有防止脫層和減緩熱應(yīng)力等優(yōu)良性能

2、的功能梯度材料(functionallygraded materiats,FGM)被應(yīng)用在輸流管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,從而使得輸流管道系統(tǒng)具有更加廣闊的應(yīng)用前景。因此,研究旋轉(zhuǎn)FGM輸流管道的動力學(xué)特性對于工程實(shí)際應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究具有非常重要的意義。本文主要研究內(nèi)容有:
　　(1)以輪轂、輸流管道以及管道中的流體組成的剛-柔-液耦合系統(tǒng)為研究對象,基于一次近似耦合模型理論,建立旋轉(zhuǎn)FGM輸流管道系統(tǒng)的動力學(xué)模型,推導(dǎo)系統(tǒng)的動能和勢能,根據(jù)

3、Hamilton變分原理,得到旋轉(zhuǎn)FGM輸流管道的動力學(xué)微分方程,并給出邊界條件;然后對其進(jìn)行無量綱化和離散化處理,得到系統(tǒng)的廣義復(fù)特征方程:再采崩微分求積法(Differential Quadrature Method,DQM)進(jìn)行數(shù)值求解。
　　(2)不考慮管道中流體的影響,研究分析了旋轉(zhuǎn)FGM空心管道的動態(tài)特性。首先,將F(iM退化為普通均質(zhì)材料,計(jì)算系統(tǒng)的本征值,即FGM空心管道振動的固有頻率,將數(shù)值結(jié)果與已有值對比,驗(yàn)證

4、了本文方法的可行性;然后分析梯度指標(biāo),輪毅轉(zhuǎn)造等參數(shù)對FGM空心管道的動態(tài)特性的影響。
　　(3)考慮系統(tǒng)流體的影響,對旋轉(zhuǎn)FGM輸流管道的動態(tài)特性進(jìn)行分析討論。首先,將FGM退化為普通均質(zhì)材料,通過數(shù)值計(jì)算將結(jié)果與已有值對比,驗(yàn)證本文方法的可行性:然后不計(jì)輪轂的轉(zhuǎn)速,求解FGM輸流管道在不同參數(shù)的條件下振動的固有頻率,并分析同有頻率與管道中流體流速以及梯度指標(biāo)的關(guān)系;另外考慮輪轂轉(zhuǎn)速的影響,分別分析系統(tǒng)固有頻率與梯度指標(biāo)和流體流