板状结构的流致振动与稳定性研究.pdf

板状结构的流致振动与稳定性研究南华大学硕士学位论文年分类号编号研究生姓名:指导教师姓名、职称:学科、专业名称:研究方向:崔振东郭长青教授结构工程结构的流固耦合密级
摘要关键词:流致振动板状结构模态临界流速失稳挠曲线板状结构的流固耦合动力问题是在许多领域中经常遇到和急需解决的难题。叠层板状元件是核反应堆中的一种新型堆芯元件,本文主要研究了该元件的流致振动及其稳定性。在对叠层板状元件的固有振动特性的理论分析中,提出了单梁与多梁对接的力学模型;在研究叠层板状元件湿模态固有频率与振型的理论分析与计算中,采用了以干模态振型函数序列作为试函数对复模态振型方程进行变分求解的方法;在研究叠层板状元件的稳定性时,采用直接法和变分法对其临界流速和失稳挠曲线进行分析和计算,二者的计算结果吻合较好;在研究叠层板状元件在非线性支承条件下的流致振动与稳定性时,运用稳定性理论分析了平衡点附近定常解的稳定性问题;在研究板状结构的流致振动实验时,采用了动态测试电磁法,分别对单板和叠层板进行了流敏振动测试。通过理论分析、计算和实验,得出如下结论:在干模态下,板状结构的单阶次振型曲线为对称模态,双阶次振型曲线为反对称模态;板状结构的流致振动具有复模态特性,各阶固有频率均随流速的增大而降低:各阶临界流速间距很不均匀,对称模态和反对称模态并不严格按照“交替”规律排列;增加扳的厚度、增大阻尼、增大流体的粘性系数、减小板的长度、减小流道高度和减小流体的密度等,均可提高临界流速;电磁法测试振动具有较高的可靠性和精度,对流致振动的测试具有良好的适用性,是一种行之有效的动态测试手段。本项研究从理论计算和实验等方面找到了一些规律性的结果,为核反应堆堆芯元件的设计和安全分析提供一些有用的方法和数据,同时进一步研究了板状结构的流固耦合动力问题的特性,丰富了流固耦合力学的理论和方法。
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作者签名:在推乐导师签名:多‰么谴日期:跗趜,原创性声明作者签名:崔瓴糸关于学位论文使用授权说明本人声明,所呈交的学位论文是本人在导篽枷陆械难芯抗作及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南华大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。日期:6吣晁暝本人同意南华大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以采用复印、缩印或其它手段保留学位论文;学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。
,与棒状元件相比,本项研究试图从理论计算和实验等方面找到一些规律性的结果,为设计和安全分析提道系统易于设计和制造,这给理论研究与实验研究的协同发展提供了便利。使得研究板状结构的流致振动问题是在许多实际工程领域中经常遇到和急需解决的难题。某些核反应堆中的叠层板状堆芯元件,水电站的拦污格栅,某些强制对流热交换器件,高速舰船的船体等是这类问题的典型实例。由于板壳结构的刚度较低,在高速平行流的冲刷下,容易产生较大振幅的振动。如果流速超过某~临界值,振幅将越来越大,即产生颤振夯蛘哒穸振动频率变为零鱿趾艽蟮木脖湫危发生发散失稳,使结构不能正常工作或者最终发生疲劳破坏。如果结构具有较强的非线性,还可能表现诸如极限环振动、分岔、混沌等非线性动力行为。板状元件具有结构合理、比功率高和传热性能好等显著特点。但由于板很薄,冷却剂的商速流动将诱发板的振动,在一定流速下,板状元件可能出现大变形甚至失稳屈曲。供一些有用的方法和数据。管道虽然是最简单的流圈耦合系统,但它却涉及了流囿耦合力学中的大多数问题,对板状结构的流致振动研究也有一定的指导作用。同时在学术领域,它也是一个十分诱人的课题,的创始人甈,浦狝”。原因是其力学模型简明,数学方程描述简洁,特别是管者可以侧重研究流体的某一特性缈裳剐浴⒘魉佟⒀沽Φ对系统的影响。近年来,对管道流固耦合作用—現穸匦缘难
日器∥警坳裔删。海籵式中脚是管道的抗弯刚度,堑ノ怀ざ攘魈甯搅柿康南呙芏龋琈是管道结构方程相比,其中的离心力项具有与压杆方程的压力载荷项相同的形式,因此,从理论究越来越受到重视卜”,。管道流固耦合作用机理主要有郑耗Σ榴詈稀⒉此神詈虾土玉詈稀摩擦耦合是指液体与管道内壁之间的摩擦、管道内液体的内摩擦相互作用导致的一种边界层耦合。在一般中低频情况下,摩擦耦合对系统的响应特性影响不大,但在高频范围内,边界层出现“团体状态”的流态