管束結構流固耦合振動及失穩機理研究

《管束結構流固耦合振動及失穩機理研究》是依託武漢大學，由趙文勝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：管束結構流固耦合振動及失穩機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙文勝
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

本課題擬通過理論研究、數值模擬和實驗分析，進行管束流固耦合失穩機理及其複雜動力特性研究。旨在通過基於Hamilton變分原理，建立管束流固耦合振動非線性模型，採用Galerkin法求解非線性方程，分析其流體彈性不穩定性和複雜動態回響，探求管束的流體彈性失穩邊界，分析節徑比、體積含氣率、質量阻尼參數和對比流速與管束流體彈性失穩的關係，研究其分叉與混沌行為；基於導納理論分析管結構物理參數和流體流速對管結構流固耦合導納的影響，研究管束結構振動能量分布與振動回響傳遞規律，為採取主被動控制策略達到減振的目的提供理論依據；同時開展非有效支承管束流固耦合研究，以剛度單元和阻尼單元來表征支承結構，探求管束與支承間碰撞力數學模型，建立非有效支承時管束流固耦合模型，從而準確地分析工程實際中管束結構的流固耦合振動，為管束結構的合理設計提供理。

結題摘要

輸流管道在橫向外流的作用下會發生顫振現象，其中流體彈性不穩定性是管束振動中最重要的激振機理，由於流體彈性不穩定性而導致管道的的長期的振動極易使其產生疲勞損壞。通過理論分析，數值模擬以及實驗研究的途徑完成輸流管道簡化模型在橫向水流衝擊作用下的流固耦合振動運動機理的研究，並總結出管束產生彈性失穩的臨界流速隨不同管束排布方式以及節徑比的分布規律。建立管結構流固耦合振動非線性方程，採用Galerkin法求解方程，研究管結構流固耦合非線性動力特性。研究無量綱流速、管質量、阻尼、直徑、固有頻率、流體密度等參數對管束失穩特性的影響，給出流體彈性失穩曲線，探求各參數與管束失穩機理的關係，並提煉歸一化參數表征管束的失穩特性；開展橫向流作用下輸流管道的流固耦合分析的數值模擬研究，總結臨界流速的變化規律；將數值模擬與實驗結果做對比，以確保模型的可靠性。本研究為為換熱器管束受到橫向流體沖刷而產生振動的防護措施提供理論基礎，為輸流管道長期高效運行提供保障，具有較大的社會及經濟效益。