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旋转变截面输流管道的横向振动与稳定性分析
| 论文题名： | 旋转变截面输流管道的横向振动与稳定性分析 |
| 关键词： | 变截面输流管道;厚度变化;横向振动;转动惯量;稳定性分析 |
| 摘要： | 随着工程机械结构的发展，输流管道系统被应用在复杂的柔性多体系统中，并广泛被用于现代生活以及航天航空、油气输送等领域。现有的大量研究多是基于等截面的输流管道，对于变截面输流管道的研究很少，因此本文对厚度变化的变截面输流管道的横向振动和稳定性进行研究具有很大意义。具体的研究工作有： (1)本文所采用的力学模型是一个旋转的中心轮毂与一个固结其上的变截面输流管道所组成的一个系统，考虑转动惯量的影响，采用混合坐标系并计入一次近似理论中的变形耦合项；利用Hamilton变分原理以及分部积分推导系统动力学微分方程，对所得方程进行适当的简化得到旋转变截面输流管道的横向振动微分方程；然后进行无量纲化；最后根据微分求积法对其进行离散化处理，进而整理得出系统的广义复特征方程。 (2)针对所得到的旋转变截面输流管道的横向振动微分方程，如果忽略管道中流体的影响，则该问题就退化为了对旋转变截面环形截面梁的研究。首先，对变截面实心梁进行求解计算，将结果与文献中已有值进行对比来验证本文的可行性；然后给出了截面锥度、径长比、细长比、厚度比以及轮毂无量纲角速度等参数对系统振动特性的影响，得出了截面锥度对系统基频的影响与其对高阶频率的影响不同，厚度比的增大以及径长比的增大都会使得系统的固有频率增大，并且径长比对无旋梁的固有频率没有影响的结论。 (3)考虑管道中流体的影响，设定流体匀速流动，研究分析了旋转变截面输流管道的振动特性。为了验证本文的准确性，取截面锥度为1退化为等截面输流管道问题，并将结果与已有值对比；分别考虑无旋转和有旋转时，在不同截面锥度、细长比、厚度比以及质量比情况下对系统复频率的影响；根据对结果的分析，发现截面锥度和厚度比的增大均会使得系统发生颤振失稳的临界流速减小，而质量比的增大使得临界流速也增大，另外考虑转动惯量的影响使得系统发生颤振失稳的临界流速减小。 |
| 作者： | 李容容 |
| 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： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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