《三維輸液管的流致振動及非線性動力學行為研究》是依託華中科技大學，由倪樵擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：三維輸液管的流致振動及非線性動力學行為研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：倪樵
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
三維輸液管的流致振動研究，對涉及諸多載流管道的套用領域（如核電、石油化工和海洋工程等）及學科自身的發展都具有重要的意義。迄今為止，人們對輸液管的研究興趣大多在於平面直管和曲管，而對三維管道研究的較少，究其原因一是它比較複雜，需要四個變數（三個平動、一個扭轉）描述其運動，二是它的運動方程不夠完善- - 沒有計及內流引起的初始軸力項。本項目擬開展以下工作：（1）著重考慮內流、重力、外部流體力、溫度和有限變形等因素，完成三維輸液管的建模，導出其較完善的非線性運動方程；（2）分離出靜平衡方程組和離開靜平衡位置的附加擾動方程組；（3）探尋高效而穩定的計算方法，使之能分析三維管道的動力特性及非線性動力行為，研究其失穩機理，確定其穩定條件；（4）設計並完成典型管路模型實驗，通過實驗與分析的對比，完善本研究，並可望揭示其豐富的動力學現象。本項目的順利實施將為實際工程輸液管系統的設計與最佳化、振動控制提供理論支撐。
結題摘要
本項目針對工程中常見的三維輸流道、處於流場中的細長桿結構等流致振動問題進行數學建模，通過理論分析和多種數值方法（Galerkin, DQM, 多尺度，等）深入探討了這類耦合系統系統的穩定性和非線性動力學回響。主要研究工作涉及幾個方面：①分析了三維輸流曲管在複雜條件下(如幾何非線性、脈動內流、內共振、非線性彈性地基和尺度效應等因素)的動力學行為，亮點是完善了輸流曲管三維流致振動的理論體系，也包括全新的、基於修正耦合應力理論和哈密爾頓原理而得到的微輸流曲管的運動方程，揭示了一些以往所未曾發現的非線性動力學行為，並得到了一些具有工程意義的結果，其中脈動流下曲管的頻響結果與來自公開文獻的實驗結果有較好的吻合；②分析了外流場裡曲桿（梁）的穩定性，其亮點是建立了曲桿（梁）的廣義細長體理論——耦合系統的運動方程，給出了作用於曲桿各種流體力的顯式表達式，為這類曲桿的流固耦合振動分析奠定了基礎，據文獻檢索，這可能是業界首次建立外流中曲桿（梁）的流致振動模型，在此基礎上，採用DQM數值方法，深入分析了若干系統參數（主要是外流速度）對曲桿穩定性的影響。依此所建立的曲桿流致振動模型和耦合應力理論，對微尺度梁在外流作用下的穩定性問題進行了探討，發現修正耦合應力理論求得的頻率結果比經典梁理論普遍要高，且這種差異隨著管道特徵尺寸的增大而減小。③研究了輸流管與牆壁面碰撞的非線性動力學問題，壁面的碰撞力（可以是分布的）採用立方非線性和修正的立方非線性模型，其亮點是揭示了管與壁面的碰撞行為，這可能更符合實際情況。進一步也研究了曲管束中柔性管道的流彈性振動和碰撞回響；④分析了軸流場裡可移動細長桿的自由振動和穩定性、以及非線性動力回響，該模型源自於飛機空中加油管和海洋中的採油管，亮點是引入了移動坐標系和“軸向附加質量係數”，使分析過程較為簡明，所得結果具有一定的套用價值。
