變流速輸液管的非線性動力學研究.pdf

1、輸液管道在眾多的工業(yè)領(lǐng)域中具有十分廣泛的應(yīng)用,發(fā)揮著極其重要的作用。流動引起輸液管振動的動力學研究有著廣闊的工程應(yīng)用背景,它的研究成果可以直接應(yīng)用于航空航天工程、核工業(yè)、海底輸油管道工程、動力水能工程等領(lǐng)域,輸液管的非線性流固耦合振動在嚴重的情況下將導致系統(tǒng)的損壞,因而在工程實際中越來越受到重視。 輸流管道的振動問題不僅有著廣泛的工程應(yīng)用背景,還是非線性研究領(lǐng)域倍受關(guān)注的理論研究熱點之一,這主要是因為它的控制方程蘊含著豐富而復雜

2、的動力學內(nèi)容,且物理模型簡單系統(tǒng)較易實現(xiàn),既便于進行理論研究,又便于開展試驗研究。隨著科學技術(shù)的飛躍發(fā)展和認識上的不斷深化,以及非線性動力學理論的不斷發(fā)展和完善,越來越多的學者開始關(guān)注管道的非線性振動特性研究,并在研究中發(fā)現(xiàn)了管道運動的許多新現(xiàn)象。 本課題主要研究了參數(shù)激勵和外激勵聯(lián)合作用下豎直懸臂輸液管道的非線性動力學問題。主要研究內(nèi)容和成果有以下幾方面。 (1)同時考慮管道變形的幾何非線性和管道材料的粘彈性本構(gòu)情況,

3、針對參數(shù)激勵和外激勵聯(lián)合作用下的輸流管道的非線性振動問題,建立了脈動流輸液管的豎直懸臂梁非線性動力學模型,利用Hamilton原理推導了單側(cè)受簡諧均布載荷作用下輸液管的非線性動力學方程。 (2)研究主參數(shù)共振-1/2亞諧共振-1:2內(nèi)共振情形的非線性動力學,綜合運用多尺度法和Galerkin離散方法,對系統(tǒng)的非線性運動偏微分方程進行攝動分析,將運動偏微分方程轉(zhuǎn)化為直角坐標下的平均方程。通過數(shù)值模擬,得到這種共振情況下的二維相圖、

4、三維相圖、波形圖和頻譜圖,分析了參數(shù)激勵和外激勵的變化對豎直懸臂輸液管道振動的影響。 (3)針對主參數(shù)共振-主共振-1:3內(nèi)共振情形,綜合運用多尺度法和Galerkin離散方法,對系統(tǒng)的非線性運動偏微分方程進行攝動分析,得到直角坐標形式的平均方程。利用數(shù)值模擬方法研究此種共振情況下的二維相圖、三維相圖、波形圖和頻譜圖,分析結(jié)果表明參數(shù)激勵和外激勵是引起豎直懸臂輸液管道混沌運動的主要因素。 (4)通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在兩種