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悬臂输流管振动实验研究

悬臂输流管振动实验研究

作者：王昊沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

输流管系统是一种重要的流体输送系统,在航空航天等工业领域都有着非常广泛的应用。由于管道与流体之间的流固耦合效应以及外界激励对输流管的影响,往往会引起一些管道振动问题,从而降低整个输流管系统的安全可靠性,严重时还会造成管道... 详细信息

输流管系统是一种重要的流体输送系统,在航空航天等工业领域都有着非常广泛的应用。由于管道与流体之间的流固耦合效应以及外界激励对输流管的影响,往往会引起一些管道振动问题,从而降低整个输流管系统的安全可靠性,严重时还会造成管道渗漏、系统失效等安全事故。因此,关于输流管动力学特性的研究具有重要的理论意义与工程实用价值。本文通过实验对悬臂输流管的动力学行为进行研究,主要研究工作如下:1.设计并搭建悬臂输流管振动测试的实验平台,建立悬臂输流管力学模型,推导外激励作用下的悬臂输流管的非线性运动控制方程,得到影响悬臂输流管振动的相关参数,对实验管材料与加速度传感器的测试位置进行选取,对实验设备进行选择与购买,对实验装置进行设计与制作。2.对PC硬管进行振动测试,通过加速度传感器以及振动测试分析系统对悬臂输流管的振动信号进行拾取与分析,分析悬臂输流管在低频脉动流、定常流以及定常流与基础激励共同作用下悬臂输流管的动力学特性。实验结果表明,在低频脉动流状态下,脉动水流的脉动频率对悬臂输流管的振动幅值影响较小;在定常流状态下,随着流速的增大,悬臂输流管的振动幅值会随之增大;悬臂输流管的长度越长,其振动幅值也就越大;在加入轴向基础激励后,测得了PC硬管的固有频率,且随着流速的变化,其固有频率保持不变;随着激振力幅值的增大或减小,悬臂输流管的振幅也会随之增大或减小。3.对硅胶软管进行振动测试,对其在定常流以及定常流和基础激励共同作用下悬臂输流管的动力学特性进行振动测试分析,实验结果表明,随着流速的增大,悬臂输流管的振幅也会随之增大,并当流速增大到颤振临界流速时,悬臂输流管会发生颤振失稳,并出现单倍周期振动,随着流速的增大,悬臂输流管会出现混沌振动;悬臂输流管的颤振临界速度会随着悬臂输流管的长度增加而降低,还会随着壁厚的增大而增大;在轴向基础激励作用下,在悬臂输流管发生颤振后,悬臂输流管会出现概周期振动,随着流速的增加,观察到了多倍周期振动,随着流速的继续增加,观察到了混沌振动。

关键词：基础激励悬臂输流管临界流速颤振失稳振动实验

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带滞变支撑悬臂输流管的稳定性

西南交通大学学报 2011年第5期46卷 841-846页

作者：黄茜臧峰刚张毅雄核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610041

为了研究带滞变支撑输流管的非线性动力特性,基于Hamilton原理将滞变支撑的虚功引入管道的能量方程,导出了该系统的动力学方程,编制了相应的数值计算程序,研究了输流管的复杂动力响应及滞变特性参数对系统动力特性的影响.结果表明:带滞... 详细信息

为了研究带滞变支撑输流管的非线性动力特性,基于Hamilton原理将滞变支撑的虚功引入管道的能量方程,导出了该系统的动力学方程,编制了相应的数值计算程序,研究了输流管的复杂动力响应及滞变特性参数对系统动力特性的影响.结果表明:带滞变支撑的悬臂输流管表现出极其复杂的动力学行为,当无量纲流速相继达到9.5、14.6、15.5与17.2时,结构响应将分别呈现屈曲、颤振、混沌以及跳跃现象;支撑的耗能特性越强,系统的复杂响应参数范围越宽.

关键词：流致振动滞变支撑悬臂输流管结构稳定性

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带滞变支撑悬臂输流管的动力响应分析

振动与冲击 2011年第11期30卷 8-12页

作者：黄茜臧峰刚张毅雄叶献辉蔡逢春核反应堆系统设计技术国家级重点实验室成都610041

将滞变支撑所做的虚功引入到管道的能量方程中,利用Hamilton体系的变分原理,导出了带滞变支撑悬臂输流管的非线性运动方程。进而利用Galerkin法对偏微分方程进行离散,以Matlab为平台编制了带滞变支撑悬臂输流管流致振动的计算程序。通... 详细信息

将滞变支撑所做的虚功引入到管道的能量方程中,利用Hamilton体系的变分原理,导出了带滞变支撑悬臂输流管的非线性运动方程。进而利用Galerkin法对偏微分方程进行离散,以Matlab为平台编制了带滞变支撑悬臂输流管流致振动的计算程序。通过滞变支撑退化模型与现有文献结果比较,验证了该模型的有效性;随后,考察了该系统的动力学行为,并分析了滞变支撑刚度对悬臂输流管稳定性的影响。结果表明,滞变支撑悬臂输流管表现出丰富的动力学行为,刚度的变化不仅使使得系统的分叉类型、分叉方式与分叉路径发生了的显著变化,也改变了周期运动的周期数,并使其出现复杂响应的参数范围发生了改变。

关键词：流致振动滞变支撑悬臂输流管结构稳定性

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受约束悬臂输流管道颤振的自适应控制

中国机械工程 2005年第7期16卷 626-629页

作者：邹光胜金基铎闻邦椿沈阳航空工业学院沈阳110034 东北大学沈阳110004

使用压电片作为控制执行元件,对具有弹性支承和非线性运动约束的悬臂输流管道的颤振进行了主动控制。考虑由于压电片伸缩而产生的附加控制力矩,推导出受控输流管系统的非线性运动方程,然后基于Lyapunov稳定性理论设计了模型参考自适应... 详细信息

使用压电片作为控制执行元件,对具有弹性支承和非线性运动约束的悬臂输流管道的颤振进行了主动控制。考虑由于压电片伸缩而产生的附加控制力矩,推导出受控输流管系统的非线性运动方程,然后基于Lyapunov稳定性理论设计了模型参考自适应控制系统,并利用数值仿真的方法对该控制方案的有效性进行了验证。通过比较输流管道受控前后的运动响应发现,该控制器对管道非线性系统的周期和混沌等运动都可实施有效的控制。

关键词：悬臂输流管颤振自适应控制混沌运动

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基础激励作用下悬臂输流管的振动实验研究

动力学与控制学报 2022年第3期20卷 50-55页

作者：张宇飞王昊沈阳航空航天大学航空宇航学院沈阳110136

通过实验的方法对基础激励作用下悬臂输流管的动力学行为进行振动测试分析.设计并搭建了悬臂输流管振动测试的实验平台,深入研究了悬臂输流管在不同流速及不同参数情况下的振动行为,分析了在基础激励作用下,悬臂输流管振幅的变化规律.... 详细信息

通过实验的方法对基础激励作用下悬臂输流管的动力学行为进行振动测试分析.设计并搭建了悬臂输流管振动测试的实验平台,深入研究了悬臂输流管在不同流速及不同参数情况下的振动行为,分析了在基础激励作用下,悬臂输流管振幅的变化规律.结果表明,悬臂输流管的物理参数对悬臂输流管发生颤振失稳的临界流速有着极其显著的影响,在基础激励作用下,悬臂输流管的振幅明显增大,并且当激振力频率接近悬臂输流管的固有频率时,输流管的振幅达到最大.

关键词：基础激励悬臂输流管临界流速颤振失稳振动实验

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非均匀悬臂输流管的动态特性

非均匀悬臂输流管的动态特性

作者：周小文华中科技大学

学位级别：硕士

本文对非均匀悬臂输流管模型进行了理论分析和数值计算,分别研究了轴向功能梯度输流管、局部增强输流管以及局部刚性输流管的振动特性和稳定性。在数值计算的基础上,探讨了不同参数对系统稳定性的影响,以期为非均匀悬臂输流管的工程设... 详细信息

本文对非均匀悬臂输流管模型进行了理论分析和数值计算,分别研究了轴向功能梯度输流管、局部增强输流管以及局部刚性输流管的振动特性和稳定性。在数值计算的基础上,探讨了不同参数对系统稳定性的影响,以期为非均匀悬臂输流管的工程设计提供了理论指导意义。本文的主要研究内容及成果如下:1、假设管道的弹性模量和密度沿轴向变化,建立了轴向功能梯度悬臂输流管的动力学模型,推导了轴向功能梯度悬臂输流管的运动微分方程,并采用微分求积法对该方程进行离散和求解。动力学分析时,重点讨论了弹性模量梯度和密度梯度对系统失稳临界流速的影响。研究结果表明,和均匀悬臂输流管相比,密度沿轴向逐渐减小可增强输流管系统的稳定性;当质量比较小时,弹性模量沿轴向减小却会降低失稳临界流速。此外,本文还发现弹性模量梯度或密度梯度的变化可引起系统失稳模态阶次的转换。2、建立和分析了由基本材料和增强材料组成的局部增强悬臂输流管模型,其增强段的位置可由固定端沿轴向变化至自由端。利用有限元方法对系统的运动微分方程进行了求解计算,重点探讨了增强段的位置和长度、抗弯刚度比以及总质量比对稳定性的影响。计算结果表明,增强段位置对系统稳定的影响很大,当增强段位于输流管的前半部分时,系统较均匀悬臂管更稳定,而当增强段位于输流管后半段且靠近自由端时,系统的失稳临界流速较均匀悬臂管更小。此外,抗弯刚度比的增大也能提高系统稳定性,而总质量比的增大对系统稳定性影响不大,但可能会稍微减弱稳定性。3、初步分析了柔性/刚性材料混杂的局部刚性悬臂输流管模型的稳定性问题,发现刚性段的位置对系统稳定性影响很大。当质量比较小且刚性段位于输流管前半部分时,系统的失稳临界流速比同等条件下均匀输流管的值更高;但是,随着刚性段向输流管自由端变化,其失稳临界流速反而会变小。

关键词：悬臂输流管非均匀材料轴向功能梯度局部增强局部刚性颤振失稳模态转换失稳临界流速

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悬臂输流管非线性振动控制研究

悬臂输流管非线性振动控制研究

2018年全国固体力学学术会议

作者：周坤代胡亮王琳倪樵华中科技大学力学系工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室

不同于两端支撑的输流管道系统,悬臂输液管道系统为非保守系统,当管道内的流体流速超过临界值时,将发生颤振失稳,因此它的动力学行为也更加复杂。在工程应用中,控制这样的颤振系统一直都是一个挑战。受此激发,本文主要通过引入由质量、... 详细信息

不同于两端支撑的输流管道系统,悬臂输液管道系统为非保守系统,当管道内的流体流速超过临界值时,将发生颤振失稳,因此它的动力学行为也更加复杂。在工程应用中,控制这样的颤振系统一直都是一个挑战。受此激发,本文主要通过引入由质量、阻尼及非线性刚度组成的非线性能量汇来实现对悬臂输流管道非线性振动的被动控制。基于Hamilton原理推导建立了悬臂输流管和非线性能量汇的非线性耦合动力学方程,利用高阶Galerkin模态截断法对耦合方程进行求解。线性结果显示提高非线性能量汇的质量和阻尼将有效增大悬臂输流管道的临界流速从而增加其稳定性。值得一提的是,要使临界流速增大的效果显著,非线性能量汇的摆放位置需要根据管道发生颤振时的模态来确定,不同的颤振模态对应的非线性能量汇的最佳摆放位置不同。同时非线性结果显示,随着流速的增加,非线性能量汇对管道振动幅值的控制效果可以分为三个不同的抑制区域。改变非线性能量汇的质量,阻尼以及刚度将改变不同抑制区域的大小,并且改变这些参数还将影响管道的动力学行为,将使管道出现周期、类周期、概周期以及混沌行为。

关键词：悬臂输流管非线性能量汇颤振失稳临界流速非线性振动

来源： cnki会议评论

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悬臂输流管的多脉冲混沌动力学研究

悬臂输流管的多脉冲混沌动力学研究

中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会

作者：姚明辉郑岩张伟北京工业大学机电学院机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室

本文研究了悬臂输流管道在简谐外激励作用下的多脉冲混沌动力学。考虑管道变形的几何非线性和管道材料的粘弹性本构情况。利用Hamilton原理建立悬臂输流管的非线性动力学方程,运用Galerkin离散方法和多尺度法得到主参数共振-1/2亚谐共振... 详细信息

本文研究了悬臂输流管道在简谐外激励作用下的多脉冲混沌动力学。考虑管道变形的几何非线性和管道材料的粘弹性本构情况。利用Hamilton原理建立悬臂输流管的非线性动力学方程,运用Galerkin离散方法和多尺度法得到主参数共振-1/2亚谐共振和1:2内共振情况下的4维平均方程。运用规范形理论对平均方程进行化简,进而利用广义Melnikov方法研究悬臂输流管的多脉冲同宿轨道和混沌动力学。全局动力学分析表明,在平均方程的扰动相空间中存在多脉冲跳跃轨道。

关键词：悬臂输流管多脉冲轨道混沌动力学广义Melnikov方法

来源： cnki会议评论

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非线性弹性地基上悬臂管道的参数振动

振动与冲击 2016年第24期35卷 14-18,38页

作者：李云东杨翊仁文华斌四川理工学院理学院四川自贡643000 西南交通大学力学与工程学院成都613001 四川理工学院机械工程学院四川自贡643000

首先建立了非线性弹性地基上悬臂输流管在振荡流作用下的运动方程,应用Galerkin方法将运动控制偏微分方程离散成常微分方程组。采用数值方法着重讨论了平均流速、脉动幅值、脉动频率和地基剪切刚度等参数对系统动力学行为的影响。结果表... 详细信息

首先建立了非线性弹性地基上悬臂输流管在振荡流作用下的运动方程,应用Galerkin方法将运动控制偏微分方程离散成常微分方程组。采用数值方法着重讨论了平均流速、脉动幅值、脉动频率和地基剪切刚度等参数对系统动力学行为的影响。结果表明:以平均流速为分岔参数系统会出现拟周期运动,然后是周期运动,接着出现混沌运动;以脉动幅值为分岔参数系统发生周期2,周期4,周期8,然后进入混沌运动;以脉动频率为分岔参数系统先发生拟周期运动,然后在二阶次谐波附近发生混沌运动。另外,地基剪切刚度对系统地周期运动和混沌有抑制作用,随着剪切刚度增大,系统从混沌状态演化到周期状态,直至稳态。

关键词：悬臂输流管弹性地基周期运动混沌运动