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脉动流体输液管的非线性振动和混沌动力学
| 论文题名： | 脉动流体输液管的非线性振动和混沌动力学 |
| 关键词： | 脉动流;流体;悬臂输液管;非线性振动;主参数共振;非线性动力学行为;参数激励;管道系统;外激励;输液管道;联合作用;数值模拟;模型;相图;工程;频谱图;内共振;管系统;波形图;周期运动 |
| 摘要： | 随着输液管道系统在航空航天工程、核工业、化工、机械、海洋工程以及生物工程等各个领域的广泛应用,输液管非线性流固耦合振动所导致的系统的破坏也不断涌现,因此输液管道系统的振动问题受到人们越来越广泛的关注。 输液管道系统蕴含着丰富而复杂的动力学行为,包括结构振动、流固耦合、非线性等前沿领域的内容,而且其物理模型简明,易于理解、设计和制造,便于进行理论研究和试验研究,因此近几十年来越来越多的学者参与到输液管道的动力学问题这一领域。随着科学技术的飞跃发展和认识上的不断深化,人们对输液管的非线性振动与分叉问题的研究有了长足的进展,取得了丰硕的成果,对实际工程起到了很好的理论指导意义。 本课题主要研究了参数激励和外激励联合作用下脉动流体悬臂输液管以及两端简支输液管的非线性动力学问题。主要研究内容和成果有以下几个方面。 (1)针对参数激励和外激励联合作用下的竖直悬臂输液管模型,研究了该模型分别在主参数共振-1/2亚谐共振-1:2内共振情形和主参数共振-主共振-1:3内共振情形下的非线性动力学行为,通过数值模拟,研究竖直悬臂输液管在两种共振情形下的复杂动力学行为,同时给出系统的相图、波形图和频谱图,得到该两种共振情形下的二维相图、三维相图、波形图和频谱图,分析了参数激励和外激励的变化对竖直悬臂输液管振动的影响。 (2)同时考虑管道变形的几何非线性和管道材料的粘弹性本构情况,针对参数激励和外激励联合作用下的输流管道的非线性振动问题,建立了脉动流输液管的两端简支梁的非线性动力学模型,利用Hamilton原理推导了单侧简谐均布载荷作用下输液管的非线性动力学方程。 (3)针对参数激励和外激励联合作用下的两端简支输液管模型,研究了该模型在主参数共振-1/2亚谐共振-1:2内共振情形下的非线性动力学行为,综合运用多尺度法和Galerkin离散方法,得到直角坐标形式的平均方程。通过数值模拟,得到两端简支输液管在该共振情形下的二维相图、三维相图、波形图和频谱图,分析了参数激励和外激励的变化对两端简支输液管振动的影响。 (4)通过数值模拟研究发现上述两种输液管系统均具有丰富的非线性动力学行为。伴随流速、外载荷的变化,系统呈现单倍周期运动、多倍周期运动以及混沌运动等不同的复杂非线性动力学响应。 本文的研究为脉动流和外载荷共同作用下的悬臂输液管系统和两端简支输液管系统的非线性动力学研究提供了新的思路,为实际工程提供了一定的理论依据。 |
| 作者： | 李芳芳 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 张伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京工业大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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