【摘要】：橫向流誘發(fā)的柱體結(jié)構(gòu)振動問題廣泛地存在我們的日常生活與工程實際中,這類結(jié)構(gòu)往往在各自的領(lǐng)域中扮演著重要的角色,一旦發(fā)生破壞,將造成不可估量的損失。因此,如何有效地控制橫向流誘發(fā)的柱體振動,提高穩(wěn)定性,延長其使用壽命,具有重大意義。本文正是基于以上的工程背景,開展了針對馳振與渦激振動的控制策略研究,通過理論建模、解析分析和數(shù)值計算相結(jié)合的方法,重點探究了控制系統(tǒng)各參數(shù)對流致振動控制效果的影響,觀察到了一些以往所未曾發(fā)現(xiàn)的非線性動力學現(xiàn)象,拓展了前人的研究。本文的主要內(nèi)容和研究成果包括:1.系統(tǒng)地研究了線性動力吸振器對方柱馳振的控制效果�；跍史�(wěn)態(tài)理論建立了系統(tǒng)的非線性耦合運動方程,分別通過線性和非線性分析,研究了吸振器的質(zhì)量比、阻尼比和剛度比對發(fā)生馳振的臨界流速和振幅的影響,引入了一種非線性規(guī)范型法(Normal Form)來與數(shù)值方法進行對比。研究結(jié)果表明,通過增大吸振器的阻尼比或者使質(zhì)量比與剛度比接近可以顯著地增大發(fā)生馳振的臨界流速并減小振幅;規(guī)范型法可以較準確地計算臨界流速及分岔點附近的響應,還能判斷系統(tǒng)的分岔形式,且相比于數(shù)值解法更加高效。2.提出了一種線性與非線性彈簧并聯(lián)的新型動力吸振器模型(Lin-non DVA),并與已有文獻中報道過的多種吸振器模型進行了對比研究。分析結(jié)果表明,具有線性彈簧的動力吸振器模型對發(fā)生馳振的臨界流速的控制效果更明顯;在非線性彈簧的作用下,耦合系統(tǒng)可能出現(xiàn)極限環(huán)運動、多穩(wěn)態(tài)響應和混沌運動等多種非線性動力學行為。正是由于系統(tǒng)的多穩(wěn)態(tài)響應導致了能量在主結(jié)構(gòu)與吸振器之間周期性的傳遞與耗散,從而減小了主結(jié)構(gòu)的振幅;特別地,本文首次發(fā)現(xiàn)了單一的非線性能量阱在流致振動控制中存在一個有效的流速范圍,而本文提出的Lin-non DVA模型在很寬的流速范圍內(nèi)都表現(xiàn)出良好的馳振振幅控制效果。3.研究了線性與非線性時滯反饋對馳振的控制效果。通過線性分析發(fā)現(xiàn),線性時滯反饋不僅能明顯地增大發(fā)生馳振的臨界流速,還能使臨界流速減小為零;特別地,臨界流速會隨著線性時滯的增大呈現(xiàn)周期性的變化;通過多尺度法推導了系統(tǒng)發(fā)生Hopf分岔的規(guī)范型來判斷系統(tǒng)的分岔形式和計算分岔點附近的振幅;通過非線性分析發(fā)現(xiàn),線性時滯反饋可以顯著地抑制或增強馳振響應,而非線性時滯反饋可以將系統(tǒng)由亞臨界的Hopf分岔轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界的Hopf分岔。4.進一步研究了時滯反饋對圓柱渦激振動的控制效果。引入了一種基于van del Pol方程的尾流振子模型來描述尾流與結(jié)構(gòu)的相互作用,通過與實驗數(shù)據(jù)對比,驗證了該模型與選取的計算參數(shù)的有效性。研究結(jié)果表明,時滯反饋可以通過改變系統(tǒng)的耦合阻尼與耦合頻率來影響渦激振動共振區(qū)的偏移、大小以及共振區(qū)內(nèi)的振幅;與馳振控制相類似,通過選取合適的控制參數(shù),時滯反饋可以有效地抑制或增強渦激振動響應。此外,當反饋增益系數(shù)和時滯較大時,渦激振動與時滯反饋作用下的自激振動耦合作用更加明顯,使得系統(tǒng)的動力學響應變得比較復雜,在共振區(qū)內(nèi)還出現(xiàn)了未曾見過的雙峰值現(xiàn)象。綜上所述,本文針對橫向流致振動的特性與機理,提出了動力吸振器與時滯反饋兩種控制策略,并進行了詳細的參數(shù)分析。與以往的研究相比,本文提出的控制方法模型簡單、易于實現(xiàn)且可控性強,具有重要的工程應用價值和理論指導意義。
【圖文】：

大型煙?

圖 1-4 圓柱渦激振動的頻率、相位和幅值隨約化速度的變化[8內(nèi)，漩渦強度會明顯增大，升力也會隨之增大，結(jié)構(gòu)的4 的下半部分。為了對渦激振動的研究現(xiàn)狀有一個全面數(shù)值模擬和理論研究三個方面進行介紹。研究
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O353.1;O231

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

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相關(guān)博士學位論文 前2條

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本文編號：2592680