基于传递矩阵法的输流管道自由振动计算及特性分析

摘要

输流管道系统在船舶与海洋工程、生物工程、核工业、化工和航空航天等领域有着广泛运用，本文将基于传递矩阵法研究并探讨输流管道的流固耦合自由振动特性。
　　 本文基于梁模型推导了输流直管横向振动、轴向振动和扭转振动的模态计算场传递矩阵，讨论了管系中常见部件和边界条件的处理方法，包括弹性支撑、集中质量、外载荷激励和弯曲管道。建立传递矩阵时重点考虑管道与液体的摩擦耦合、泊松耦合和连接耦合。在输流管管道的自由振动计算及分析部分，主要完成了以下两部分的工作：
　　 (1)对多跨弹性支撑输流直管进行模态分析，并与有限元软件计算结果进行比较，结果表明文中所用传递矩阵法是可行有效的。在此基础上讨论弹性支撑刚度变化对输流直管振动特性的影响，以及直管中流体与管道的相互作用机理；
　　 (2)对典型的L型弯管进行模态分析，计算结果与文献吻合较好，证明了弯管离散模型处理方法的正确性。计算不同弯角管道的自由振动模态，并分析弯角处结合部耦合作用对输流管道振动特性的影响。最后针对弯管模型中涉及到的单元划分问题进行探讨,为减小弯管模态分析程序的运算量提供了依据。