载流管线性及非线性振动特性研究

摘要

载流管在船舶与海洋工程、核电及飞机等现代工业中有着广泛的应用，其振动问题因涉及到流固耦合而备受关注，成为研究的热点。本文运用动柔度法及增量平衡谐波法对载流管的振动特性进行研究，其中线性振动部分主要针对工程中较难处理的带阻尼弹性支撑和复杂几何走向管路系统，非线性振动部分则主要涉及到管路振动机理方面研究。具体内容如下：
　　首先，根据哈密顿原理推导了管路振动的微分方程，在此基础上简单介绍了动柔度法及增量平衡谐波法，给出了其具体的求解步骤。
　　其次，应用动柔度法对载流管包括直管、曲管及三维复杂管路系统的线性振动特性进行了研究。载流直管方面给出了不同边界下载流直管振动特性并与实验进行了对比，验证了公式推导的正确性，另外讨论了加入弹性边界条件后管路振动情况，给出了中间弹性支承下三跨载流直管的计算结果；载流曲管方面，给出了两端固支及一端固支一端弹性支承下管路振动特性，并对结果进行了分析，讨论了弹性支承刚度对管路模态的影响；复杂载流管系统方面研究了一段管路系统的振动特性，给出了不同速度下该管路模态变化情况及幅值频响函数的变化规律。上述计算表明动柔度法适合处理各种支撑边界条件下的复杂管路振动特性计算，特别是针对弹性支承有其独有的方便之处。
　　最后，应用增量平衡谐波法分别研究了两端简支及悬臂载流直管路的非线性振动问题。采用前文介绍的非线性振动模型并进行 Galerkin离散成两项谐波项，分别计算了流速、质量比、非线性约束刚度及质量点等对系统振动幅频特性曲线影响，得到了规律性的结论，发现了振动中的幅值突变现象，该工作为增量平衡谐波法应用于载流管非线性振动方面提供了参考和依据。

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1 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2载流管流固耦合振动研究现状

1.3本文研究内容

2 载流管理论分析与求解方法

2.1理论模型简介

2.2动柔度法（the Receptance Method）

2.3增量平衡谐波法（Incremental Harmonic Balance Method）

2.4本章总结

3 载流管线性振动特性研究

3.1引言

3.2载流直管路振动特性研究

3.3载流曲管的振动特性研究

3.4复杂载流管振动特性研究

3.5本章总结

4 载流管非线性振动特性研究

4.1引言

4.2两端固定支撑下载流管非线性振动特性研究

4.3悬臂条件下载流管非线性振动特性研究

4.4本章总结

5 全文总结与未来展望

5.1全文总结

5.2未来展望

致谢

参考文献

附 录 线性模型矩阵具体表达式