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。     

端部随从力作用下黏弹性悬臂输流管道的稳定性分析

在端部随从力和黏弹性的共同作用下输流管道可能会表现出更加丰富的动力学特性,研究了端部随从力作用下黏弹性悬臂输流管道的稳定性。管道黏弹性采用Kelvin模型,以Bernoulli-Euler梁模型为基础,建立了流动流体和端部随从力共同作用下管道的运动微分方程,采用Galerkin法对其进行离散。利用特征值分析了端部随从力、黏弹性系数与质量比对系统失稳临界流速的影响。通过计算得到了不同参数下复频率实部、虚部随流速的变化曲线,分析了各参数对管道振动特性与稳定性的影响。结果表明：端部随从力作用下黏弹性悬臂输流管道的失稳方式为颤振失稳;端部随从力的大小和方向对系统失稳临界流速有较大影响,增大端部随从力,系统发生失稳的临界流速会减小;增大管道黏弹性系数,系统发生失稳的临界流速会略微增加;增大质量比,系统发生失稳的临界流速也随之增大。     

分布随从力作用下黏弹性悬臂输流管道的稳定性分析

对在流动流体和分布随从力共同作用下的黏弹性输流管道,以Kelvin黏弹性模型和Euler梁模型为基础建立输流管道的运动微分方程,然后采用Galerkin方法对其离散化。通过特征值分析,研究分布随从力、质量比、黏弹性系数对系统失稳临界流速的影响。运用复频率随流速变化的曲线,分析不同的参数作用下系统的振动特性和稳定性。结果表明:分布随从力越大,系统失稳的临界流速越小;随着质量比的增大,临界流速会增大;黏弹性系数增大时,临界流速也会略微增大;悬臂输流管道的失稳方式主要为颤振失稳。     

Kelvin地基上悬臂输流管道的动力特性分析

在弹性地基上弹性输流管道研究的基础上，用改进的有限差分法术解了Kelvin—Voigt模型粘弹性地基上悬臂输流管道的动力特性和稳定性问题。计算结果表明，地基的无量纲松弛时间H、管道与地基的弹性模量比α以及质量比β对管道的动力特性和稳定性有着重要的影响。一般来说，颤振临界流速随表H和α的增大而增大。     

弹性支承管道在脉动内流下的稳定性分析

为研究工程实际中的管道动力特性,考虑了一端固定、一端弹性支承的管道在脉动内流下的稳定性问题.依据牛顿第二定律,建立了管道的横向振动方程,并对其进行无量钢化处理.在确定了边界条件以后,用多尺度法进行了稳定性分析.推导出了该种弹性支承边界的复模态函数并得到了可解性条件,利用该条件推导了组合共振的失稳区域的解析表达式.用数值方法验证了理论分析分析的正确性.结果表明,管道系统的固有频率随液体流速的平均值的增加而下降,液体脉动幅值的增加使失稳区域扩大.     

具有弹性支承输流管路的流体诱发振动分析

利用微分变换法分析具有弹性支承的悬臂式输流管路的流体诱发振动问题.首先对振动微分方程无量纲化,其次采用微分变换法获得各阶微分的递推关系,进而求解得到不计流速时的前四阶固有频率及振型函数的通用表达式.在此基础上,计算并得到了计及流速时固有频率随流速和弹性系数的变化,同时研究了不同弹性系数及质量比下的临界流速及稳定性.通过对比和分析,证实了微分变换法具有较高的精度和实用性.微分变换法可作为设计管路支承形式的参考.     

弹性地基上分布随从力作用下含裂纹输流管道的稳定性

将分布随从力、winker地基等效刚度k作为输流管道运动微分方程新增参数纳入考虑,新的振动微分方程由此产生,离散并且求解采用Galerkin法。频率特征值源于频率扫描(frequency scanning)及传递弯矩法。具体分析了在考虑分布随从力(跟随力),裂纹存于管跨上不同位置、不同大小弹性地基刚度支承管道时,其失稳形式的变化。研究显示弹性地基存在对保持含裂纹管道的稳定性起部分作用,需重视裂纹开口深度及裂纹所处管跨位置对管道稳定性的影响。     

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。     

支承反力矩对机床主轴部件静刚度的影响

直接影响系数和间接影响系数的计算方法都可用于计算弹性多支承梁任意处的位移与任意支承的反作用.本文推导了这两种方法,并用此来研究两支承主轴部件具有支承反力矩时对其径向静刚度的影响.文中着重论述了推力支承位置、最佳支承距、传动元件位置的选择,并将研究结果推广到三支承主轴部件.     

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.     

弹性地基上具有初始构型的输液管动力稳定性

解决了研究弹性地基上任意初始构型输液曲管稳定性的难点.在以弧长为参数的自然坐标系中建立了弹性地基上可伸长任意初始构型输液管道力学分析的数学模型,采用微分求积法(DQM)和分块矩阵的方法求解输液曲管的固有频率以及临界流速,研究了弹性地基和初始构型对输液管道动态特性的影响.结果表明,弹性地基将增大输液管道的临界流速,且输液直管初始构型微小的变化将引起其临界流速较大的变化.     

正交异性输液管的振动与稳定性分析

采用DQM分析正交异性输液管的振动与稳定性问题,研究了材料的各向弹性模量比值、管的细长比、管液质量比和剪切系数对系统稳定性的影响。结果表明,这些参数对输液管的稳定性有较大的影响,使其临界流速降低,其中的一些现象与各向同性输液管有明显不同。     

Kelvin型粘弹性输液管临界流速的一种数值解法

采用DQM求解Kelvin-Voigt型粘弹性、具有弹性边界约束输液管的临界流速,研究了各系统参数（管液质量比、管材的粘弹性系数和弹性边界约束的刚度系数）对系统稳定性的影响。结果表明,这些参数对输液管的稳定性有较大的影响,可使输液管的临界流速显著降低。     

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.     

轴向载荷输流管道的稳定性分析

目的 分析轴向载荷对两端简支输流管道稳定性的影响。方法 采用递推格式的有限差分法。结果 得出了不同轴向载荷和不同质量比下的无量纲流速与无量纲频率的关系曲线。结论 轴向载荷对两端简支输流管道的稳定性有较为显的影响。     

微分求积方法及其在力学应用中的若干新进展

简单地介绍了微分求积法（DQM）的基本原理及发展、影响微分求积方法数值解精度的因素、与有限差分方法和有限元方法比较而言DQM的优点,同时重点介绍了近年来DQM在固体力学和流体力学相关领域应用中的若干新进展和展望.     

增量谐波平衡法用于输液管的非线性振动分析

将增量谐波平衡法推广至分析输液管的非线性振动问题 ,研究了输液管的幅频曲线特性 .数值结果显示输液管由于流体的作用将产生振幅突变这一不稳定现象 ,并给出输液管的周期解 .同时还研究了流速和管液质量比对系统振动特性的影响     

移动交界面流固耦合传热的数值稳定性分析

研究了交界面移动情况下流固耦合稳态传热的数值稳定性问题.考虑Dirichlet-Robin组合边界条件,用速度表征交界面的移动情况,流体域和固体域分别采用有限体积法和有限单元法进行离散及数值求解,利用Goudonov-Ryabenkii理论正则模态分析方法重点研究了交界面移动时数值方法的稳定性,最终获得了一条由耦合系数和移动速度组成的最优曲线,并且证明了当耦合系数和移动速度在这条曲线上取值时,离散的求解域能够达到最快的收敛速度及绝对的稳定性特征.为设计人员进行数值仿真时选取合理的参数提供了参考.     

自由表面流动的移动粒子半隐式模拟方法

引入可压缩因子，对移动粒子半隐式方法（MPS）进行了改进，解决了MPS方法在计算中容易出现的不稳定问题．使用改进后的方法对液柱倒塌算例进行了模拟计算，并将计算结果与实验及其他数值计算结果进行了比较．计算表明，引入可压缩因子大大提高了计算的稳定性，且方法简单易于实现，在液柱与挡板发生碰撞、流体发生大变形时依然能进行有效地模拟。