中间支承输流管道自由振动的有限元分析

基于Euler梁模型研究中间支承输流管道的动力学特性。首先,利用虚功原理,建立系统动力学有限元方程。然后,分析了支承刚度、流体离心力、预应力等因素对管道振动的影响。结果表明:支承刚度对管道系统动力学特性有重要影响,管路设计时须着重考虑;揭示了流体离心力是造成固有频率随流速增大而降低的根本原因;流体科氏力对各阶固有频率影响较小;预应力对振动的影响不可忽略,尤其是第一阶固有振动。     

微分求积法分析弹性支承输流管道的稳定性

微分求积法是一种用于求解边值/初值问题的有效方法,与其他数值方法相比,具有原理简单、计算量少、易于编程实现、精度令人满意等特点.将此算法推广到具有弹性支承输流管道的稳定性分析,通过算例的分析对比说明DQM用于分析流固耦合输流管道的动力特性具有独特的优点.在此基础上,研究了一般端部条件下输流管的稳定性问题,分析了弹性支承系数对管道稳定性的影响,得到了对输流管道的设计及可靠性分析具有工程参考价值的若干初步结论.     

不同约束条件下瞬态流动对输流管道动力学的影响

应用有限元软件ANSYS对不同约束条件下的输流管道进行瞬态流固耦合动力学分析和模态分析,得到输流管道在不同约束条件下管壁特征点的位移图和计算迭代曲线以及管道的固有频率,分析不同约束条件下瞬态流动对输流管道动力学的影响.结果表明,通过改变管道的约束方式可以减小管壁位移和应力,管壁的最大位移和最大应力以及特征点的位移和加速度的绝对值有关,考虑流固耦合会使管道的固有频率降低.     

流体在管道中流动时管道的自振特性研究

基于三维弹性理论及欧拉线性方程,采用位移-压力格式有限元方法,得到附加矩阵。通过叠加附加矩阵把流固耦合结构振动问题化成普通的结构振动问题,建立了流体在管道中流动时结构振动的有限元方程,研究了流体在管道中流动时结构的自振特性,重点研究了流体速度对管道自振频率的影响。研究表明,管道各阶自振频率随着流体速度的递增呈递减的趋势。     

悬臂输流单层碳纳米管的颤振失稳分析

基于非局部弹性理论及欧拉-伯努利梁模型,并考虑了碳纳米管材料的黏弹性以及小尺度效应,应用哈密顿原理建立了悬臂输流单层碳纳米管(SWCNT)的振动方程以及边界条件,借助微分变换法(DTM)对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了管内流体流速、小尺度参数、质量参数和黏弹性参数对悬臂输流单层碳纳米管动力学行为的影响。结果表明,小尺度参数的增加将会降低悬臂输流系统的稳定性,使系统更为柔软;悬臂输流系统颤振失稳临界流速的大小是由管道自流体中的吸入能、管道系统储存的弹性能以及管道黏弹性特性的振动耗散能三者共同决定的。     

粘弹性悬臂输流管道在激励力下的稳态响应分析

以Bernoulli-Euler梁模型为基础,建立了粘弹性输流管道的动力学方程。运用Laplace变换对输流管道的运动微分方程进行求解,得到了输流管道在强迫振动下的Green函数解。研究了系统参数对悬臂输流管道自由端稳态响应的影响。结果表明:激励点位置对一阶共振幅值影响较大;随着粘弹性系数的增加,一阶共振频率会持续降低,当粘弹性系数增加到一定程度后,一阶和二阶共振频率开始逐渐融合;质量比对一阶共振幅值影响较大。     

微分求积法分析水下输流管道的竖向动力特性

在复杂的海洋和河流环境条件下,水下输流管道的动力特性受到内外流体等耦合作用的影响,呈现与陆地管道不同的特点.尝试用微分求积法(DQM)来分析水下输流管道的竖向振动特性,综合考虑内流因素(包括流速、压强)和外流因素(包括流速、阻尼)以及轴向力对管跨段竖向振动的影响.计算分析了水下输流管道悬跨段的动力特性及允许跨长随内外流流速、轴向力、管内压强等的变化情况.结果表明,DQM用于水下管跨段的动力特性和疲劳分析、可靠性分析及设计是可行的.     

基于环管试验的粗骨料膏体管输阻力模型及优化

为探明粗骨料膏体的管输阻力特性,开展了关于粗骨料膏体输送特性的工业级环管输送试验,利用白金汉方程对环管数据拟合处理后获得膏体的实际流变参数,并建立了基于流动度测试的粗骨料膏体阻力方程.通过响应面分析法（RSM-BBD）对膏体输送行为进行分析,分别得到单因素和多因素耦合对阻力损失的影响规律,并优化了粗骨料膏体的管道输送参...     

海底椭圆管道在扭矩和水压作用下的屈曲压溃研究

在实际工程中海底管道往往具有一定的椭圆度,椭圆管道受到扭矩作用会影响其极限承载力.对于服役前受到扭矩作用的等壁厚椭圆管道,通过理论推导得到了其在弹性阶段的位移方程,并建立数值模型对理论方法进行了验证.利用有限元中的弧长法对椭圆管道在服役中的塑性屈曲压溃进行了数值模拟,研究了壁厚、一致椭圆度、外径等敏感性因素对其压溃压力的影响.同时分析了椭圆管道在服役过程中受到扭矩作用后的屈曲压溃特性.结果表明,尺寸参数及扭矩加载路径会对管道极限承载力产生明显影响,分析结果可为实际工程应用提供参考.     

流体参数对航空发动机液压管路振动特性的影响

考虑了黏弹性系数和脉动流因素,采用牛顿法建立了航空发动机液压管路在基础激励下的非线性流固耦合振动数学模型,并将方程进行了无量纲化.根据梁模型横向弯曲振动模态函数,采用Galerkin法将运动方程在模态空间内展开,利用Matlab和Mathematica软件数值仿真,分析研究了航空发动机液压管路的流体压力、流速、轴向力等参数对振动特性的影响.最后通过实验验证了所得结论与理论相符合.     

弹性介质中充液管道的波衰减特性

从壳体基本运动方程出发，导出了弹性介质中的充液管道在轴对称运动下声振耦合系统的频散方程．利用数值方法得到了频散方程的完全解，对弹性介质中充液钢质管道和PVC塑料管道波传播衰减特性进行了研究．研究结果对利用声学的方法进行埋地供水管道泄漏检测有一定的参考意义。     

液压激波作用下管道流固耦合的动力学建模

为了研究在主动液压激波作用下管道振动的动力学特性,设计了一种液压激波变频控制系统,建立了激波作用下充液管道流固耦合的动力学模型.采用特征线-有限元法,用Newmark法编程,将由特征线法求得的流体各断面横向压力载荷施加到管道有限元的单元节点上,由此求得了管道横向各断面处及轴向的振动时程曲线,并通过快速傅里叶变换获取了管道横向及轴向的幅频特性曲线.试验发现,在激波作用下,充液管道的横向与轴向振动中基频的幅频特性吻合较好,而高阶频率由于谐波干扰信号非常严重,因此与数值模拟结果没有明确的对应关系.     

分布随从力作用下双参数非线性弹性地基上简支输流管道的参激振动

建立了非线性Pasternak地基上分布随从力作用下输流管道在振荡流作用下的运动方程,采用Galerkin法将系统的偏微分方程离散为常微分方程组。计算了简支输流管道的非线性动力响应,并利用分岔图、相平面图、Poincare映射图,分析了分布随从力、平均流速、地基剪切刚度对系统周期运动和混沌运动的影响。结果表明:以分布随从力为分岔参数,系统交替出现混沌运动和周期运动;以平均流速为分岔参数,系统具有非常复杂的动态响应,出现大范围的混沌运动和倍周期运动;增大地基剪切刚度不仅可以增加系统的稳定性,同时还对混沌运动有抑制作用;随着随从力增大,系统的稳定性下降。     

近底床悬跨海管安全跨长的预测

由修正势流理论获得了海管沿轴向升力分布,运用海管的小挠度微分方程,通过有限元计算得到有混凝土配重海管的平衡位移和应力,分析跨肩约束、混凝土刚度和来流速度对最大位移和最大应力的影响,讨论悬跨长度增加时刚度失效和强度失效的行为规律,给出不同跨肩约束条件下随间隙比和来流速度变化的安全跨长分区图.结果表明:悬跨海管首先出现刚度失效,触底后则会发生强度失效;间隙比和跨肩约束是影响安全跨长的重要因素;来流速度小时,必须考虑海管的静态临界安全跨长.     

相关性在结构模态分析中的应用与研究

建立了充液管道模型，并进行了有限元模态分析，得到其固有频率以及相应的振型，并通过锤击试验得到试验模态频率及振型，对计算模态和试验模态进行振型相关性分析，验证了管道有限元模型，为充液管道动态设计提供依据。     

带有分支输流管道控制方程的参数变换、

输流管道的非线性振动问题研究为当前学术界的热点课题。本文在研究带有分支管路输流管道并推导出其控制微分方程的基础上,进一步分析了与控制微分方程相关的各项参数之间的关系,为了更加方便地采用数学方法进行研究．对该方程应用无量纲化的方法进行了参数变换,从而将该物理方程的研究转换为计算数学问题,为后续Galerkin离散化及数值计算的进行提供了可能。     

双参数地基上分布随从力作用下输流管道的稳定性

研究了Pasternak双参数地基模型基础上分布随从力作用下的两端固支输流管道的稳定性.建立了管道运动微分方程,并采用传递矩阵法对无量纲方程进行求解.通过研究双参数地基上输流管道的临界流速和复频率变化,分析了在四种不同地基刚度组合下,分布随从力、流速等对系统稳定性的影响.数值计算表明:地基刚度不变时,不同分布随从力和流速作用下系统的稳定性有很大的差别;在随从力和流速相同的情况下,地基刚度对系统稳定性有很大影响,且其中的剪切刚度比线性刚度的影响更加显著.     

输液管临界流速分析的精细积分法

将精细积分法用于分析输液管的临界流速．先将输液管的控制方程写成状态向量的形式，通过精细积分法高精度地计算传递矩阵，再由边界条件得到输液管临界流速问题的特征方程，解此方程就可确定临界流速，应用表明，该方法处理此类问题原理简单，实施容易，易于处理各种支承情况，而且由于最终只须求解一个二阶矩阵方程，因此计算量小，精度也令人满意．     

均布切向荷载输流管道的临界流速及稳定性分析

研究了受均布切向荷载作用下输流管道发生静态失稳的临界流速.建立了简单的管道模型,并根据微元的受力平衡建立了整个管道系统的微分方程,利用Ritz-Galerkin对其离散化,然后无量纲化.运用MATLAB中Runge-Kutta数值积分方法对微分方程求解,并分析了切向力和质量比对管道系统的影响.