项目名称: 支承松动和横向外流对非线性输液管道系统的稳定性与动力学行为的影响

项目编号: No.10802031

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2009

项目学科: 金属学与金属工艺

项目作者: 王琳

作者单位: 华中科技大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 输液管道的稳定性与动力学研究,在石油化工、海洋工程、核反应堆部件、热交换器、机械压力管道和微流体器件等设计中,都有重要应用。本项目针对输液管道的动力学模型,研究了它的稳定性与非线性振动行为以及松动支承和(或)横向外流的影响,取得的主要成果有:(1)考虑流体与管道动变形的耦合作用以及管道变形引起的非线性因素,计入松动支承、横向外流、内流、温度和时滞等因素,分别建立了输液管和管束模型的非线性运动方程;(2)基于Galerkin方法或微分求积法对运动方程进行离散化,采用现代动力学分析方法研究了输液管和管束结构的稳定性和失稳临界流速等;(3)通过数值仿真计算,重点考查了松动支承刚度和位置、管道边界条件、横向外流速度、温度变化、内流速度及时滞等因素对非线性动力响应的影响;(4)提出一种控制输液管振动特性和稳定性的简易模型;(5)建立了微尺度下输液管道结构稳定性与振动分析的微尺度相关模型,揭示了振动频率、临界流速和波动特性的微尺度效应。

中文关键词: 输液管道;横向外流;松动支承;稳定性;非线性振动

英文摘要: The studies of stability and dynamics of pipes conveying fluid have important applications to the design of reactor components, oil pipelines, ocean mining systems, heat exchangers, mechanical pressure pipes, microfluidic devices, and so forth. In this project, the stability and nonlinear vibrations of pipes conveying fluid are investigated and the effects of loose supports and/or cross-flow are also evaluated. The main achievements are obtained as follows: (1) By considering the interaction between the fluid and the pipe deformation and the nonlinearities resulting from the oscillations of the pipe, the nonlinear equations of motion have been derived for fluid-conveying pipes and tube arrays, respectively, the effect of loose supports, cross-flow, internal fluid, temperature and time delay being accounted four. (2) Based on the Galerkin technique and/or differential quadrature method, the equations of motion were discretized. By utilizing modern analysis methods, the stability and critical fluid velocity for instability have been studied. (3) By using extensive numerical simulations, it was endeavourted to explore the effects of stiffness and location of loose supports, pipe boundary conditions, cross-flow fluid velocity, internal fluid velocity, temperature change and time delay on the nonlinear dynamics. (4) A simple theoretical model is devised for the control of vibration characteristics and stability of pipe conveying fluid. (5) Several size-dependent theoretical models have been developed to analyze the stability and vibration properties of microscale pipes conveying fluid. The natural frequencies, critical fluid velocities and wave propagations were found to be remarkably size-dependent in some cases.

英文关键词: pipe conveying fluid; cross-flow; loose support; stability; nonlinear vibration

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