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输流管道混沌运动的一种数值解

华中科技大学学报（自然科学版） 2005年第11期33卷 96-98页

作者：倪樵袁亮王琳刘攀华中科技大学土木工程与力学学院湖北武汉430074

提出采用微分求积法数值求解输流管道的混沌运动问题.从悬臂输流管道模型出发,利用微分求积法形成管道振动的动力学方程,运用分岔图、相平面图和庞加莱映射图等分析手段发现了管道存有混沌运动的可能.计算结果表明,在所研究的管道系统... 详细信息

提出采用微分求积法数值求解输流管道的混沌运动问题.从悬臂输流管道模型出发,利用微分求积法形成管道振动的动力学方程,运用分岔图、相平面图和庞加莱映射图等分析手段发现了管道存有混沌运动的可能.计算结果表明,在所研究的管道系统中存在倍周期分岔现象并最终通向混沌运动的参数区域,这与前人的研究成果具有一致性.与传统的伽辽金法相比,微分求积法的实施过程避免了繁琐的数值积分运算,并能获得满足工程需要的计算精度.

关键词：输流管道分岔混沌数值方法微分求积法

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输流管道在分布随从力作用下的振动和稳定性

工程力学 2010年第4期27卷 190-196页

作者：郭长青刘红涛王晓锋张楚汉清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 南华大学数理学院湖南衡阳421001

以Pflüger柱模型和普通输流管道模型为基础,建立了在流动流体和分布随从力共同作用下管道的运动微分方程,并采用Galerkin法进行离散。通过特征值分析,得到了发生发散失稳的临界流速计算公式,以及不同参数下系统复频率随流速的变化曲线... 详细信息

以Pflüger柱模型和普通输流管道模型为基础,建立了在流动流体和分布随从力共同作用下管道的运动微分方程,并采用Galerkin法进行离散。通过特征值分析,得到了发生发散失稳的临界流速计算公式,以及不同参数下系统复频率随流速的变化曲线。通过Runge-Kutta数值积分法对离散方程组求解,得到了不同参数下管道的位移时程曲线和相图。计算结果表明:分布随从力作用下输流管道发生发散失稳的无量纲临界流速与质量比无关,发生颤振失稳的无量纲临界流速随质量比的增大略微提高;随着分布随从力的增大,发生发散失稳和颤振失稳的临界流速均明显降低;随着质量比的增大,发生发散失稳时管道的位移随时间增加变快,流致振动的振幅增大。在无分布随从力作用和不考虑流体流动两种特殊情况下,所得结果与已有研究一致。

关键词：输流管道分布随从力稳定性发散颤振

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输流管道流-固耦合振动的固有频率分析

振动与冲击 2008年第3期27卷 80-81,86页

作者：杨晓东金基铎沈阳航空工业学院工程力学系沈阳110136

研究两端铰支的输流管道在不同流速下固有频率的变化情况。利用N阶的Galerkin方法把系统的偏微分控制方程离散化为常微分方程组,从而可以得到前N阶系统的固有频率。为了验证Galerkin截断方法因为假设模态函数所造成的误差,用复模态分析... 详细信息

研究两端铰支的输流管道在不同流速下固有频率的变化情况。利用N阶的Galerkin方法把系统的偏微分控制方程离散化为常微分方程组,从而可以得到前N阶系统的固有频率。为了验证Galerkin截断方法因为假设模态函数所造成的误差,用复模态分析方法得到的系统各阶固有频率与对应不同阶数Galerkin方法所得固有频率进行比较。结果发现,当Galerkin方法截断到某一阶次时,对其相应较低阶固有频率的分析有相当好的精确性。

关键词：输流管道固有频率 Galerkin方法复模态分析

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输流管道振动自适应控制算法鲁棒特性研究

系统仿真学报 2016年第6期28卷 1445-1451,1460页

作者：陈兵黄媛媛尹忠俊北京科技大学机械工程学院北京100083

两端铰支输流管道在脉动内流下可能因参数共振而发生动态失稳。采用压电陶瓷片作为控制驱动器,以梁模型为基础,建立输流管道系统的受控数学模型。针对传统PID控制器对系统参数鲁棒性较差的缺点,由Lyapunov稳定性定理,设计了模型参考自适... 详细信息

两端铰支输流管道在脉动内流下可能因参数共振而发生动态失稳。采用压电陶瓷片作为控制驱动器,以梁模型为基础,建立输流管道系统的受控数学模型。针对传统PID控制器对系统参数鲁棒性较差的缺点,由Lyapunov稳定性定理,设计了模型参考自适应(MRAC)控制器和基于PD增益自适应调节的MRAC控制器,不仅使管道振动在短时间内衰减至零,且使控制器对系统参数的鲁棒性较好。数值仿真验证了这2种自适应控制器的控制效果及其对系统参数的鲁棒性。结果表明:2种自适应控制器均能有效抑制管道振动且MRAC控制器效果更佳;2种自适应控制器对系统参数的鲁棒性均较好。

关键词：输流管道振动控制模型参考自适应控制鲁棒性仿真研究

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输流管道动力有限元建模及实验研究

应用力学学报 2013年第3期30卷 422-427,479页

作者：姬贺炯白长青韩省亮西安交通大学航天航空学院/机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

在输流管道系统中由结构-流体相互耦合作用导致的管道振动对工业生产的安全性、经济性具有重要影响。工程中常用有限元中的管单元建立管道动力学模型,用附加质量法或顺序耦合方法进行输流管道系统的动力学分析,这种建模和分析方法可能... 详细信息

在输流管道系统中由结构-流体相互耦合作用导致的管道振动对工业生产的安全性、经济性具有重要影响。工程中常用有限元中的管单元建立管道动力学模型,用附加质量法或顺序耦合方法进行输流管道系统的动力学分析,这种建模和分析方法可能会造成管道中结构-流体相互耦合效应的缺失。本文搭建了输流管道系统的实验平台,分别在管道无水和充水两种状态下进行管道系统模态实验,并将实验结果分别与所建立的无水管道有限元模型和充水管道流固耦合模型分析结果进行了对比,验证了壳单元及实体单元管道动力学模型的合理性。通过实验和数值分析研究其动力特性发现:壳单元动力学模型更合理准确,管道系统由于流固耦合作用的影响产生了新的振动形态;附加质量法分析结果缺失了系统的某些低阶模态,表明了输流管道系统流固直接耦合动力学建模的必要性。

关键词：输流管道流固耦合有限元建模动力特性

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输流管道参数共振的试验研究

振动．测试与诊断 2008年第4期28卷 315-317页

作者：梁峰金基铎杨晓东闻邦椿东北大学机械工程与自动化学院沈阳110004 沈阳航空工业学院航空宇航工程学院沈阳110136

利用试验的方法研究两端固定输流管道在脉动内流作用时的参数共振特性,建立了一套输流管道试验系统,可以在定常流、脉动流和支承运动等情况下对悬臂、两端固定和两端铰支等多种边界条件的管道进行振动试验,同时给出了一些重要参数的有... 详细信息

利用试验的方法研究两端固定输流管道在脉动内流作用时的参数共振特性,建立了一套输流管道试验系统,可以在定常流、脉动流和支承运动等情况下对悬臂、两端固定和两端铰支等多种边界条件的管道进行振动试验,同时给出了一些重要参数的有效测量方法。在对两端固定管道的试验中,重点观察和分析了第1振型1/2次谐波参数共振,并用试验的方法确定了相应的参数共振区域。将其与理论共振区域进行对比,二者在定性上得到了较好的吻合。

关键词：输流管道试验参数共振脉动流

外激励作用下输流管道伴随内共振的非线性振动分析

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振动与冲击 2014年第22期33卷 146-151页

作者：梁峰包日东金莹苏勇沈阳化工大学能源与动力工程学院沈阳110142

利用多元L-P法研究外部周期激励下两端固定输流管道伴随内共振的非线性受迫振动问题。外激励流固耦合系统固有频率第二阶约为第一阶3倍且激励频率接近前两阶固有频率中间值时会发生伴随强烈内部共振的组合共振,并用多元L-P法求解振动响... 详细信息

利用多元L-P法研究外部周期激励下两端固定输流管道伴随内共振的非线性受迫振动问题。外激励流固耦合系统固有频率第二阶约为第一阶3倍且激励频率接近前两阶固有频率中间值时会发生伴随强烈内部共振的组合共振,并用多元L-P法求解振动响应,分析前两模态运动及外激励幅值对内共振的影响。数值算例揭示出系统因内共振发生的更丰富、复杂的动力学行为,随激励幅值增大内共振发生趋势降低,响应形式亦发生变化。用多元L-P法研究非线性动力学便捷、高效。

关键词：输流管道非线性振动内共振外周期激励多元L-P法

基于绝对节点坐标法的复杂构型输流管道简支支承设计研究

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力学学报 2024年第2期56卷 482-493页

作者：邢浩然何毅翔代胡亮王琳华中科技大学航空航天学院武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

输流管道广泛应用于海洋、核电、航空航天等重大工程领域,因管道与流体间的耦合效应,在流体作用下管道会出现屈曲、颤振等失稳行为.一般而言,边界支承对管道动力学特征有着重要影响,不同支承位置显著影响管道的稳定性与振动特性.当前关... 详细信息

输流管道广泛应用于海洋、核电、航空航天等重大工程领域,因管道与流体间的耦合效应,在流体作用下管道会出现屈曲、颤振等失稳行为.一般而言,边界支承对管道动力学特征有着重要影响,不同支承位置显著影响管道的稳定性与振动特性.当前关于管道流固耦合动力学的研究大多集中于单一的直管或规则型弯管(如弧型、半圆型和正弦型等),对于实际工程中常见的复杂构型管道,比如L型、S型和U型等,研究还较为少见.文章基于绝对节点坐标法(absolute node coordinate formulation, ANCF)建立了具有普适性的非线性振动理论模型,可用于解决任意构型和任意支承边界下输流管道动力学问题.以L型、S型和U型3种典型构型输流管道为研究对象,首先开展了收敛性分析,找出合适的计算单元数.然后借助CFD仿真结果与理论模型进行对比验证,计算结果表明,相较于有限元方法,基于绝对节点坐标法建立的理论模型在预测复杂构型输流管道的非线性变形时,具有更高的计算效率.基于该理论模型,研究了简支支承位置对3种构型输流管道的固有频率、屈曲位移和应变特征的影响规律.研究发现,存在最优简支支承位置使得输流管道基频达到最大、屈曲位移和应变的极值达到最小.本研究为提高工程中管道的稳定性与使用寿命提供了理论依据与设计指导.

关键词：输流管道复杂构型绝对节点坐标法稳定性支承设计

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分析弹性地基一般支承输流管道的动力学特性

振动与冲击 2017年第1期36卷 201-206页

作者：包日东李珊珊沈阳化工大学能源与动力工程学院沈阳110142

研究Pasternak双参数地基一般支承输流管道的线性固有频率及非线性动力学特性。综合考虑管道黏弹性系数、地基的剪切效应、线性刚度的影响,建立了系统运动微分方程。根据两端一般支承的边界条件推导出线性系统固有频率方程,分析了基础... 详细信息

研究Pasternak双参数地基一般支承输流管道的线性固有频率及非线性动力学特性。综合考虑管道黏弹性系数、地基的剪切效应、线性刚度的影响,建立了系统运动微分方程。根据两端一般支承的边界条件推导出线性系统固有频率方程,分析了基础激励与脉动流作用下,流速对系统非线性动力学特性的影响。数值结果表明,管道一阶临界流速随弹性系数的增大呈现先增大后减小的趋势,当弹性系数足够大时,管道随流速的增加发生一阶、二阶模态耦合现象;系统响应随流速变化呈现由倍周期分岔过渡到混沌运动的特性;当管内流体流速足够大时,系统响应保持混沌运动状态。

关键词：弹性地基输流管道固有频率混沌运动非线性动力学