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原文传递旋转输流管道动力学特性研究

论文题名：	旋转输流管道动力学特性研究
关键词：	旋转输流管道;自由振动;参激振动;受迫振动
摘要：	输流管道绕轴线旋转运动(自转)将导致复杂的动力学特性。本文根据欧拉-伯努利梁理论建立旋转输流管道动力学模型，基于哈密顿原理得到系统控制方程，研究自转输流管道的自由振动、非线性参激振动和受迫振动。　　自由振动部分，利用伽辽金法将偏微分方程离散为常微分方程。引入离散化复模态函数得到系统特征频率和周期解，进而根据模态频率Argand图分析系统稳定性并得到三维空间振型。通过数值法得到系统对于初始条件的响应。参激振动部分，引入单模态试函数通过伽辽金法得到常微分控制方程。考虑单流速摄动、单转速摄动以及转速和流速双摄动的情况，利用多尺度法分别得到次谐波共振和组合共振下的稳定性判别式，进而分析系统稳定性以及参数影响。通过数值法分析系统响应并验证上述稳定性边界，同时研究系统三维空间振型和运动轨迹。受迫振动部分，考虑单方向的外部激励，同样代入单模态试函数得到常微分控制方程。通过数值法分析系统的临界状态，并分析三维空间振型和运动轨迹。通过多尺度摄动法，分析非线性条件下的系统幅频响应。　　研究发现，管道自转导致系统同一转速对应有正、反进动两个不同的频率值，且三维空间运动轨迹为自转与进动运动(或类似进动运动)的复杂组合。自转速度对于系统稳定性具有双重影响。周期扰动的转速会加强系统稳定性，而恒定的转速则削弱系统稳定性。此外，质量比对低自由度的悬臂管道影响较大，会削弱系统稳定性。流体流速是系统的不稳定因素，大流速导致系统失稳。受迫振动管道系统中，发现了周期运动、概周期运动、混沌运动。只有转动时，系统存在陀螺耦合作用。转速越大，系统的陀螺耦合作用越明显。另外，管道的几何非线性影响系统的能量特性，大转速下能量从激励方向传递到其他方向的部分较多。激励幅值较小时，陀螺耦合作用也较为明显，而较大的激励幅值下，系统的响应值较大。非线性参数Y也发挥了阻尼的作用，使得系统保持较为稳定状态。
作者：	高安
专业：	机械制造及其自动化
导师：	梁峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	扬州大学
学位年度：	2023