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功能梯度输流管的振动和失稳分析
| 论文题名： | 功能梯度输流管的振动和失稳分析 |
| 关键词： | 输流管系统;振动特性;功能梯度材料;Euler梁理论 |
| 摘要： | 输流管(Fluid-conveying Pipe)系统，作为一种物流传输方式，被广泛的应用于现代工业、农业发展和日常生活中，对人们的生产生活起到了重要的作用。由于输流管的物理模型简单明了，数学描述形式简洁，特别是管道具有易于设计制造的特点，输流管系统的流固耦合问题被称为“典型的动力学问题”，对很多问题的求解有着指导意义。而输流管系统的振动问题一直是影响管道工作性能的关键因素之一。为了改变输流管的振动特性，在本论文中考虑管道采用功能梯度材料(Functionally Graded Materials，简称FGMs)。功能梯度材料是指构成材料的要素(组成、结构)沿某一方向由一侧向另一侧呈连续梯度变化，从而使材料性质和功能也呈梯度变化的一种新型非均匀复合材料。由于材料的组分体积含量在空间位置上呈连续变化，使得结构的性质在空间位置上也呈连续变化，从而消除了材料性能的突变，可以较好的避免或降低应力集中现象。 本文分别采用Euler梁理论和Timoshenko梁理论对功能梯度输流管进行分析，讨论在不同的边界条件下，梯度指数对输流管的振动和失稳特性的影响。具体而言，本文从以下两个主要部分进行讨论： 1.讨论没有流体在管道中传输的情况下，分别考虑在两端铰支和两端固支的边界条件时，梯度指数对空心圆截面功能梯度管的弯曲、屈曲、自由振动和动态稳定特性的影响。 2.考虑在有流体在管道中传输的情况下，假定流体为不可压缩的理想流体，分别讨论在两端铰支和两端固支的边界条件时，梯度指数对输流管道系统的振动和失稳特性的影响。 在分析计算过程中，本文采用能量法推导出控制方程和对应的边界条件，再通过微分求积法(Differential Quadrature Method，简称DQ法)对控制方程进行离散和数值求解。其中，采用经典的均匀分层模型来求解梁的刚度系数和惯性系数。 |
| 作者： | 刘辰 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 柯燎亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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