管道與間隙約束間的碰撞振動(dòng)是工程輸流管結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要?jiǎng)恿W(xué)現(xiàn)象.迄今,人們通常采用光滑的非線性彈簧來(lái)模擬管道與間隙約束之間的碰撞力,但這種光滑的碰撞力無(wú)法真實(shí)反映碰撞前后管道狀態(tài)向量的非光滑傳遞特征.本文基于非光滑理論建立了具有剛性間隙約束簡(jiǎn)支輸流管的非線性碰撞振動(dòng)模型,利用Galerkin法離散了無(wú)窮維的管道模型,并引入恢復(fù)系數(shù)構(gòu)造了碰撞前后管道各處狀態(tài)向量的傳遞矩陣,運(yùn)用四階龍格庫(kù)塔法分析了脈動(dòng)內(nèi)流激勵(lì)下管道與剛性間隙約束的非光滑碰撞振動(dòng)現(xiàn)象,著重討論了剛性間隙約束參數(shù)對(duì)管道動(dòng)態(tài)響應(yīng)隨流速脈動(dòng)頻率變化的影響規(guī)律,特別是碰撞振動(dòng)的周期性運(yùn)動(dòng)規(guī)律.研究結(jié)果表明,剛性約束間隙值對(duì)管道碰撞振動(dòng)行為的影響較大,在某些脈動(dòng)頻率下管道會(huì)出現(xiàn)多周期和非周期性的運(yùn)動(dòng)形態(tài),還可出現(xiàn)非光滑系統(tǒng)特有的黏滑現(xiàn)象.此外,碰撞恢復(fù)系數(shù)對(duì)管道振動(dòng)的影響也比較顯著,較小的恢復(fù)系數(shù)值更容易使管道在大范圍脈動(dòng)頻率區(qū)間出現(xiàn)復(fù)雜的非周期碰撞振動(dòng). 

【文章來(lái)源】：力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,52(05)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

無(wú)間隙約束時(shí)管道中點(diǎn)位移隨流速脈動(dòng)頻率變化的分岔圖

從圖2結(jié)果可知,當(dāng)ω=10時(shí)管道的響應(yīng)處于非周期運(yùn)動(dòng)狀態(tài),當(dāng)ω=20時(shí)管道處于周期運(yùn)動(dòng)狀態(tài).因此,本文選擇性地取這兩種典型運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的頻率值來(lái)初步分析約束間隙對(duì)管道動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響規(guī)律.典型的計(jì)算結(jié)果如圖4所示,其中恢復(fù)系數(shù)r=0.9.圖4 管道中點(diǎn)位移隨間隙值變化的分岔圖

圖3 ω=14,R=0.8,d=0.035時(shí)管道單自由度系統(tǒng)的碰撞振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算結(jié)果顯示,當(dāng)ω=10時(shí),較小的間隙值會(huì)抑制管道原有的振動(dòng),此時(shí)管道可能粘連在剛性約束上;隨著間隙值的增大管道可發(fā)生復(fù)雜的振動(dòng)行為,故在分岔圖中顯示為密集的散點(diǎn).當(dāng)間隙值取為范圍時(shí),因管道位移最大值約為0.038,故管道與剛性約束之間的碰撞很弱或不再發(fā)生接觸.當(dāng)ω=20時(shí),較小的間隙值如仍可使管道粘貼在剛性約束上而不出現(xiàn)振動(dòng);當(dāng)間隙值在范圍時(shí),管道會(huì)發(fā)生復(fù)雜的振動(dòng)行為,并在更大的間隙值時(shí)逐漸演化為周期1運(yùn)動(dòng)形態(tài);在范圍內(nèi),管道將維持周期1碰撞振動(dòng);當(dāng)間隙值繼續(xù)增大到范圍時(shí),因間隙值較大,管道將不再與剛性約束發(fā)生碰撞.上述列出的各種動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象表明,約束間隙值對(duì)管道的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為影響十分明顯,較小的約束間隙值可抑制管道的振動(dòng),中等大小的間隙值會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)形態(tài),較大的間隙值則不會(huì)發(fā)生碰撞.

【參考文獻(xiàn)】：
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