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旋转FGM输流管道的动态特性分析
| 论文题名： | 旋转FGM输流管道的动态特性分析 |
| 关键词： | 旋转输流管道;功能梯度材料;微分求积法;动力学模型;振动控制;结构设计 |
| 摘要： | 输流管道广泛应用于航空宁航、行油化工、海洋工程以及动力水能j二业等诸多领域。随着机械结构的发展,输流管道系统也常常被应用在复杂的柔性多体系统中,这些体系具有繁复的形态和结构设计,常常因为外部环境或是自身结构等因素的变化导致系统的耦合振动,可能会造成系统的破坏失稳,甚至引发灾难性后果,所以这个问题在工程应用中受到越来越多的关注。为了进一步的优化管道结构设计,满足特殊环境和承载力对输流管道的严苛要求,新型的具有防止脱层和减缓热应力等优良性能的功能梯度材料(functionallygraded materiats,FGM)被应用在输流管道的结构设计中,从而使得输流管道系统具有更加广阔的应用前景。因此,研究旋转FGM输流管道的动力学特性对于工程实际应用和学术研究具有非常重要的意义。本文主要研究内容有: (1)以轮毂、输流管道以及管道中的流体组成的刚-柔-液耦合系统为研究对象,基于一次近似耦合模型理论,建立旋转FGM输流管道系统的动力学模型,推导系统的动能和势能,根据Hamilton变分原理,得到旋转FGM输流管道的动力学微分方程,并给出边界条件;然后对其进行无量纲化和离散化处理,得到系统的广义复特征方程:再采崩微分求积法(Differential Quadrature Method,DQM)进行数值求解。 (2)不考虑管道中流体的影响,研究分析了旋转FGM空心管道的动态特性。首先,将F(iM退化为普通均质材料,计算系统的本征值,即FGM空心管道振动的固有频率,将数值结果与已有值对比,验证了本文方法的可行性;然后分析梯度指标,轮毅转造等参数对FGM空心管道的动态特性的影响。 (3)考虑系统流体的影响,对旋转FGM输流管道的动态特性进行分析讨论。首先,将FGM退化为普通均质材料,通过数值计算将结果与已有值对比,验证本文方法的可行性:然后不计轮毂的转速,求解FGM输流管道在不同参数的条件下振动的固有频率,并分析同有频率与管道中流体流速以及梯度指标的关系;另外考虑轮毂转速的影响,分别分析系统固有频率与梯度指标和流体流速等参数的关系,并着重分析在不同梯度指标下,FGM输流管道失稳的临界转速,讨论FGM输流管道动态特性分别随梯度指标,轮毂转速的变化规律和特点。 |
| 作者： | 姚晓莎 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 王忠民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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