輸液管道顫振失穩(wěn)的時滯控制.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、管道運輸作為物流輸送的一種有效手段在現(xiàn)代工農業(yè)生產和人民生活中起著重要的作用,是除公路、鐵路、水運和航空以外的第五大運輸方式。輸液管道系統(tǒng)的振動問題一直是影響管道工作的性能,如安全、機械壽命等的關鍵因素之一。 輸液管道的振動問題之所以能引起學者的興趣,除了該問題的廣泛工業(yè)背景和現(xiàn)實意義之外,還因為輸液管道涉及流固耦合的大多數(shù)問題,并且物理模型簡單,系統(tǒng)比較容易實現(xiàn),因而便于理論與試驗研究的相互協(xié)同。隨著科學技術的不斷進步,現(xiàn)代管

2、道結構將朝著長距離、大管徑、高流速的方向發(fā)展,流固耦合振動問題也將越來越嚴重。因此,開展這一領域的研究,進一步弄清振動的機理,找出減輕振動的辦法有重要的理論意義和實際運用價值。 本文首先采用兩種方法(第一種方法和Galerkin法)研究懸臂輸液管道的動力學行為,研究發(fā)現(xiàn):輸液管道系統(tǒng)的固有頻率通常會隨管內流體速度的提高而降低,當固有頻率降至某個特定值時,就會引起整個系統(tǒng)的顫振失穩(wěn)。通過對兩種方法的比較發(fā)現(xiàn):伽遼金法存在截斷誤差,

3、可通過截取盡量多的模態(tài)來確保精度,但截取的模態(tài)數(shù)越大,計算量呈指數(shù)增長,所以并不能一味追求精度而將模態(tài)數(shù)取得過大,需要根據(jù)實際情況選取適當?shù)哪B(tài)截斷數(shù)。 針對輸液管道顫振失穩(wěn)這一問題,設計時滯主動控制策略,目的在于提高輸液管道的臨界流速。建立輸液管道時滯控制數(shù)學模型一時滯偏微分方程,采用Galerkin方法將時滯偏微分方程離散為時滯常微分方程組,繼而對時滯控制系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析。研究發(fā)現(xiàn),隨著時滯控制系統(tǒng)作動器位置的不同,能提高

4、到的最大臨界流速亦不同,當作動器作用在管長中心處,控制效果較好;在固定增益的情況下,繪制出控制系統(tǒng)的時滯—流速穩(wěn)定區(qū)。通過Matlab Biftool軟件包模擬控制系統(tǒng)的特征根分布情況,研究發(fā)現(xiàn)特征根分布情況與理論分析的穩(wěn)定性預測結果吻合的相當好,說明理論分析的可靠性。 對時滯控制懸臂輸液管道系統(tǒng)進行了數(shù)值模擬,這既是對理論分析工作的自然延伸,也是在利用有限差分法進行時滯偏微分方程數(shù)值模擬的創(chuàng)新性嘗試。數(shù)值模擬結果與理論分析預測

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