基于非光滑理论的输流管非线性碰撞振动机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11902112
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0702.非线性振动及其控制
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Pipes conveying fluid are widely used in mechanical and nuclear engineering. The clearance between neighboring pipes or a pipe and constraints would lead to impacting vibration when the oscillation amplitude of the pipe becomes large enough. Such impacting vibration can result in failure of the pipe system and is an important topic in engineering applications and academic researches on the system of pipes conveying fluid. Previous studies on the impacting vibration of pipes conveying fluid are valuable but also have some insufficiency. The first inefficiency is that the smoothed impacting model, which cannot capture the strong non-linear phenomena during impacting process. The second one is the lack of a deep analysis on the non-planar vibrations of three-dimensional pipes with impacting force. This project is prepared to carry out the following three aspects: 1) Experimental researches on non-linear impacting dynamics of straight and curved pipes will be performed, aiming at developing a non-smooth description of the clearance impacting force and constructing a theoretical model for straight and curved pipes. 2) Exploring the impacting dynamics of pipes by introducing the cell-mapping method. The stability analysis is conducted when the pipe is restrained by single-point or distributed non-smooth constraints. The results will be compared with experiment data. 3) Experimental and theoretical analysis on the dynamics of straight and curved pipe bundles will be discussed, in order to reveal the mechanism of planar and non-planar vibrations and the exchange between these two types of vibrations. The findings of this project would enhance the understanding of the dynamics of impacting vibration of the dynamical system of pipes conveying fluid, broaden the research range of non-linear vibration, and provide theoretical foundation for explanation of abnormal phenomena of fluid-conveying pipes in engineering.
输流管是机械工程和核工程等领域广泛应用的工程结构,相邻管道之间或管道与部件之间的间隙会出现碰撞振动,可能导致结构失效或破坏,是工程界和学术界关注的重点问题。以往输流管的碰撞振动研究存在明显不足:采用光滑碰撞模型,无法捕获碰撞瞬间的强非线性现象;局限于管道的平面振动,非平面振动研究存在不足。本项目拟开展以下工作:1)完成直管和曲管的碰撞振动实验,分析实验数据提出管道与间隙碰撞的非光滑描述,并建立直管和曲管的非线性碰撞振动理论模型;2)引入胞映射方法对管道碰撞振动理论模型求解,研究在单点和分布非光滑约束下直管和曲管的碰撞振动特性,将结果与实验进行对比验证;3)建立直管束和曲管束的实验和理论碰撞振动模型,分析管道的平面和非平面振动,探索两种振动行为之间的转迁机制。本项目研究成果将加深人们对碰撞振动理论的理解,拓宽输流管非线性振动研究范围,为解释工程管道的异常现象提供理论支撑。

结项摘要

含间隙约束输流管的碰撞振动现象是核工业中热交换器设备经常出现的问题,结构发生碰撞的瞬间存在位移、速度、加速度甚至形状参数的突变,任何一个突变均会极大地影响系统动力学行为。目前,关于受间隙约束输流管的非线性碰撞振动过程中可能产生的非光滑现象及其机理的研究存在一定的不足,尤其是引入非光滑因素后输流管非线性动态响应特征随参数发展规律亟待进一步研究。本项目在前人已有工作的基础上,尝试从实验和理论层面探究具有间隙约束输流管的碰撞振动现象及其发展规律,主要研究内容有以下几个方面:建立了两端支承柔性输流管与刚性间隙约束的非线性模型,基于碰撞恢复系数推导了发生碰撞前后管道各部位状态向量的传递矩阵,通过数值方法得到了柔性管道与刚性约束之间的碰振动力学行为;建立了分段刚性管道与单侧刚性间隙约束的非线性模型,分析了刚性管与刚性约束之间“硬碰硬”的动力学现象,探讨了分岔路径随系统参数的变化规律;建立了立方非线性和修正的三线性间隙约束下两端支承管道在横向外流激励下的非线性动态响应,获得了管道分岔路径随轴向载荷和内流流速之间的变化规律;建立了柔性和刚性管道节段构成的刚柔耦合系统模型,通过分析系统的特征值问题获得了该刚柔耦合管道系统的稳定性流速区域随结构参数的变化规律;建立了三维悬臂输流管在脉动内流激励下的非线性模型,基于Floquet理论分析了相应线性模型的稳定性区域,并分析了该三维管道系统的动态响应随平均流速,脉动幅值和脉动频率之间的变化规律,以及受上述参数影响时的平面和非平面问题,为研究三维输流管系统与刚性间隙约束之间的非光滑动力学现象提供理论依据。本项目取得的研究成果有利于拓展输流管动力学的研究范围,促进输流管非线性动力学的发展。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Three-dimensional dynamics of a cantilevered pipe conveying pulsating fluid
输送脉动流体的悬臂管道的三维动力学
  • DOI:
    10.1016/j.apm.2022.10.023
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Applied Mathematical Modelling
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yikun Wang;Min Tang;Mo Yang;Tao Qin
  • 通讯作者:
    Tao Qin
具有刚性间隙约束输流管的碰撞振动
  • DOI:
    10.6052/0459-1879-20-137
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王乙坤;王琳;倪樵;杨沫;刘德政;秦涛
  • 通讯作者:
    秦涛
Non-smooth dynamics of articulated pipe conveying fluid subjected to a one-sided rigid stop
受单侧刚性停止作用的铰接管输送流体的非光滑动力学
  • DOI:
    10.1016/j.apm.2020.08.020
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied Mathematical Modelling
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yikun Wang;Lin Wang;Qiao Ni;Mo Yang;Dezheng Liu;Tao Qin
  • 通讯作者:
    Tao Qin
Stability analysis of a hybrid flexible-rigid pipe conveying fluid
柔性-刚性混合管道输送流体的稳定性分析
  • DOI:
    10.1007/s10409-021-09020-x
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    Acta Mechanica Sinica
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Wang Yikun;Hu Ziyang;Wang Lin;Qin Tao;Yang Mo;Ni Qiao
  • 通讯作者:
    Ni Qiao
Nonlinear Dynamics of Cross-Flow Tubes Subjected to Initial Axial Load and Distributed Impacting Constraints
初始轴向载荷和分布冲击约束下横流管的非线性动力学
  • DOI:
    10.1155/2021/2359090
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    Shock and Vibration
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Mengdi Liu;Yikun Wang;Tao Qin;Jing Zhao;Yujin Du
  • 通讯作者:
    Yujin Du

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其他文献

具有松动约束悬臂输液管的三维非线性振动
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王乙坤;倪樵;王琳;严浩;罗杨阳
  • 通讯作者:
    罗杨阳

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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