多跨输流管道的稳定性分析

论文摘要

输流管道系统在船舶工程、海洋工程、石油化工、核工程和航天工程等领域有着广泛运用。管道的流固耦合振动和稳定性与设备的可靠性和安全性密切相关,本文将运用传递矩阵法和微分求积法研究并探讨流速、质量比、弹性支撑刚度等因素对输流管道的稳定性影响,并计算了输流管道的固有频率和临界流速。本文首先基于梁模型推导了输流直管横向振动的传递矩阵,并详细讨论了管系中常见部件和边界条件的处理方法。阐述了复特征问题的求解方法。在输流管道的稳定性计算及分析部分,主要完成了以下三部分的工作:(1)以单跨输流直管为研究对象,针对各种不同的边界条件,对输流管道的临界流速和固有频率进行了计算。通过与解析结果的比较,表明文中所用传递矩阵法是可行有效的。计算结果发现,流速的增加会导致管道系统固有频率的降低。(2)对多跨弹性支撑输流直管进行稳定性分析,重点讨论了弹性支撑刚度变化对管系临界流速的影响规律,并为管道的安全设计和振动控制提供理论依据。(3)运用微分求积法计算了复杂边界条件下输流管道的稳定性,探讨了扭转刚度系数和弹性支撑系数对管道稳定性的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 研究背景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 数值方法
• 1.5 本文工作
• 2 输流管道的理论模型
• 2.1 输流直管的运动微分方程
• 2.2 输流曲管的运动微分方程
• 2.3 本章小结
• 3 输流管道系统振动的传递矩阵法
• 3.1 输流直管的传递矩阵法
• 3.2 输流直管的典型边界条件
• 3.3 复特征方程的数值求解方法
• 3.4 本章小结
• 4 输流管道稳定性计算与分析
• 4.1 典型边界条件下单跨管的稳定性计算与分析
• 4.2 多跨弹性支撑直管的稳定性计算与分析
• 4.3 本章小结
• 5 微分求积法在输流管道稳定性中的应用
• 5.1 问题的力学模型
• 5.2 微分求积法
• 5.3 微分求积法模拟方程
• 5.4 计算结果及分析
• 5.5 本章小结
• 6 研究展望与总结
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 在读期间发表的学术论文