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原文传递旋转输流管道的振动特性分析

论文题名：	旋转输流管道的振动特性分析
关键词：	旋转输流管道;绝对节点坐标法;振动特性;流固耦合
摘要：	输流管道在众多的工业领域中具有十分广泛的应用，发挥着极其重要的作用。流动引起输流管振动的动力学研究有着广阔的工程应用背景，它的研究成果可以直接应用于航空航天工程、核工业、海底输油管道工程、动力水能工程等领域，管道系统发挥着极其重要的作用。而流固耦合将会引起系统的振荡，降低系统运行的可靠性，恶化工作环境，影响仪器仪表的精度，严重时甚至使管道爆裂。因此，研究输流管道系统中的流固耦合现象对于了解系统的力学特性、稳定系统运行、提高运行可靠度等方面具有重要的实用及学术价值，输流管的流固耦合振动在严重的情况下将导致系统的损坏，因而在工程实际中越来越受到重视。　　本文对输流管道系统的流固耦合现象进行了分析研究，并对管道系统进行了模态分析。具体工作包括以下几个方面: 　　基于绝对节点坐标来离散管道，在全局坐标系下，考虑管道的轴向伸长，采用有限元的方法推导管道单元系统的动能、势能、广义力，流体的动能等并代入含非物质体(non-material volume)系统的Lagrange方程中得到单元系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，利用布尔指示矩阵组装得到整个系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，推导建立了管道系统的动力学运动方程并引入无量纲量计算输流管道单元的无量纲运动方程。通过Matlab软件分别对管道模型进行了编程以及相应的算例仿真求解。通过具体模型算例进行数值计算，分别计算了在不同单元数目下和不同流速下的悬臂管道受到初始载荷后的管道自由端的横向无量纲位移随无量纲时间的变化以及仅受重力作用自由旋转过程中管道端点在Y方向的绝对位移随时间的变化，并通过能量守恒定律去验证了管道单元模型的正确性，计算并且绘制旋转输流管道在不同角速度下的前六阶固有频率图。
作者：	康渊博
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：	2013
正文语种：	中文