輸流管道非線性振動模型及仿真研究.pdf

1、輸流管道被廣泛應用于各個領域，因振動而導致管道破壞的現(xiàn)象十分普遍，造成的損失也相當大，已引起人們的重視。除去外界因素產(chǎn)生的振動外，研究管道系統(tǒng)內(nèi)部引發(fā)的振動是當今的研究熱門，其中考慮流固耦合的輸流管道非線性振動研究得到了廣泛的認同。隨著科學技術的發(fā)展，在一些高端科技領域，減振降噪已成為關鍵問題，而研究誘發(fā)振動的根源乃是重中之重，因此，開展管道流固耦合振動的研究具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應用前景。 以管道橫向位移、軸向位移、流體流

2、速和流體壓強為變量，根據(jù)中線可伸長定理，計算輸流管道系統(tǒng)的總動能、總勢能和外力做的總功，應用Hamilton變分原理，推導出輸流管道軸向和橫向運動方程。在建模過程中考慮泊松耦合和摩擦耦合，便于求解和仿真，忽略對系統(tǒng)影響很小的高階項、部分遷移項和管道的軸向與橫向間的耦合項。 軸向和橫向運動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，將軸向和橫向分別簡化為兩結點的梁單元模型，采用La

3、grangian插值函數(shù)和一階Hermite插值函數(shù)，實施Ritz方法得到其單元標準方程，再集合成整體矩陣方程。采用振型分解法和Newmark法運用Matlab編程求解輸流管道的模態(tài)和響應。 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，輸流管道軸向運動和橫向運動的模態(tài)和響應，重點分析管道跨距、流體壓強、流體流速、流體壓強擾動、流體流速擾動對振動特性的影響，以及考慮阻尼與不考慮阻尼對固有頻率和固有振型